JPS63282441A - 冷凍サイクル制御装置 - 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、空調装置に用いられる冷凍サイクルの制御装
置に関し、特に冷却能力が連続的に可変に構成された冷
凍サイクルの制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、例えば車両用空調装置にあっては、冷媒圧縮
式冷凍サイクルが用いられている。この冷凍サイクルの
制御としては、冷房負荷に応じて冷媒圧縮機への動力の
伝達を断続するものが一般的であった。このような圧縮
機の断続制御では、動力損失が大きく、空調フィーリン
グも悪いため、可変容量型の冷媒圧縮機が多く提案され
ている。

また、冷却器（エバポレータ）に流入する冷媒を調節す
る膨張弁において、その開度を電気的な駆動機構により
調節しようとする提案もされている。

このものでは、冷房負荷に応じて、圧縮機の容量や膨張
弁の開度を調節することができ、動力損失が大巾に低減
され、空調フィーリングも向上する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような可変容量型冷媒圧縮機に代表される
冷凍サイクルの能力調節装置を用いても、従来の比例、
積分、微分、あるいはこれらの組み合わせによる制御で
は動力損失、空調フィーリングとも十分な効果が得られ
るとはいえなかった。

すなわち、これらの制御では、エバポレータの効率、エ
バポレータで冷却された空気温度などの複数の制御出力
を圧縮容量、弁開度などの複数の制御入力により最適と
思われる状態に制御することは非常に困難であったから
である。

そこで本発明は、冷凍サイクルの制御装置に、多入力多
出力を理論的に扱うことができる現代制御理論を適用し
、この制御装置を付加積分型最適レギュレータとして構
成することにより、冷凍サイクルの稼動に伴う増力損失
のさらなる低減と、空調フィーリングのさらなる向上と
を目的としてなされたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明では、上述の目的を達成するために、第１図に示
す如き下流側が室内に連通ずる通風路に設け、られ、冷
凍サイクルを循環する冷媒を蒸発させることにより、空
気を冷却する冷却器と、前記冷凍サイクルに設けられ、
圧縮容量が可変に構成された可変容量圧縮機と、 前記冷凍サイクルに設けられ、弁開度が可変に構成され
た可変開度膨張弁と、 前記冷却器により冷却された空気の温度を検出する空気
温度検出手段と、 前記冷却器から流出する冷媒の過熱度を検出する冷媒過
熱度検出手段と、 前記空気温度の目標値を設定する温度設定手段と、 前記冷媒過熱度の目標値を設定する過熱度設定手段と、 前記空気温度検出手段で検出される検出空気温度と前記
温度設定手段で設定される目標空気温度との偏差を累積
する温度偏差素積手段と、前記冷媒過熱度検出手段で検
出される検出過熱度と前記過熱度設定手段で設定される
目標過熱度との偏差を累積する過熱度偏差累積手段と、
前記可変容量圧縮機の圧縮容量および前記可変開度膨張
弁の弁開度を制御入力とし、前記空気温度および前記冷
媒過熱度を制御出力として設定される前記冷凍サイクル
の動的モデルに基づいて、前記検出温度、前記検出過熱
度、前記温度偏差累積値、および前記過熱度偏差累積値
を入力し、前記圧縮容量および前記弁開度の指令値を出
力する最適レギュレータとして構成される制御量演算手
段と、 を備えるという構成の冷凍サイクル制御装置を採用する
。

〔作用〕

本発明による冷凍サイクル制御装置を説明する。

本発明の冷凍サイクル制御装置は、第１図に示す如く、
付加積分型最適レギュレータとして構成されており、制
御対象である冷凍サイクルは、可変容量圧縮機の圧縮容
量と可変開度膨張弁の弁開度とを制４御入力とし、冷却
器（エバポレータ）により冷却された空気の温度と冷却
器出口における冷媒の過熱度とを制御出力とする系（シ
ステム）として想定される。そして、現代制御理論の手
法により構成される本発明の冷凍サイクル制御装置は、
２つの制御入力により変化する２つの制御出力が、これ
らの相互作用をも加味して最適と思われる状態に制御さ
れる。冷凍サイクルの場合、冷却器により冷却された空
気の温度は、冷却器の効率（冷媒過熱度）、冷凍サイク
ルの運転状態（圧縮容量、弁開度）などの複数の条件に
より影響を受ける。また、冷却器の効率は冷却器により
冷却される空気の温度、冷凍サイクルの運転状態などの
複数の条件により影響を受ける。

このような、複数の条件が相互に作用しあう冷凍サイク
ルの、冷却器により冷却された空気の温度と冷却器にお
ける冷媒過熱度とが共に最適と思われる状態に制御され
る。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では冷凍サイクルの制御装置
に現代制御理論を適用するに当たって、冷凍サイクルの
制御入力として、圧縮容量と弁開度、そして制御出力と
して、冷却器により冷却された空気の温度と冷媒過熱度
をそれぞれ採用している。これにより、冷凍サイクルの
出力として利用される冷却器により冷却された空気の温
度を最適に制御することができると共に、この空気の温
度を得る上で最も大きな影響を与えると思°われる冷却
器の効率を示す冷媒過熱度も最適に制御することができ
る。これにより、より少ない冷凍サイクルの消費動力で
目標とする冷却後の空気の温度を得ることができる。

従って、冷凍サイクルでの消費動力を低減すると共に、
良好な空調フィーリングを得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した実施例を説明する。

まず、この実施例の構成を図面に基づいて説明する。こ
の実施例は、車両用の空気調和装置に用いられる蒸気圧
縮式冷凍サイクルの制御装置に本発明を適用したもので
ある。

第２図に車両用空調制御装置の構成を示す。車室ｌの空
気調和を行なう車両用空調装置（以下、エアコンと述べ
る。）２は以下の構成を備える。

３は車両用空調装置２の通風ダクト、４は車室１と連通
された内気取入口、５は車室外と連通された外気取入口
である。６は内気取入口４か外気取入口５かのいずれか
を選択する内外気切換ダンパであり、図示の位置では内
気モード、破線で示す位置で外気モードとなる。７はダ
クト３内に外気もしくは内気を吸い込み、車室１へ向っ
て送風するブロワであり、ブロワモータ７ａとブロワフ
ァン７ｂとからなる。

８は冷凍サイクルであり、８ａはエバポレータ、８ｂは
可変容量圧縮機、８ｃはコンデンサ、８ｄはレシーバ、
８ｅは可変潤度膨張弁、８ｆはマグネットクラッチであ
る。この冷凍サイクル８の中を冷媒が循環して熱交換を
する。可変容量圧縮機８ｂで圧縮された高温高圧の冷媒
ガスは、コンデンサ８ｃで冷却液化され、レシーバ８ｄ
で気液分離され、可変開度膨張弁８ｅで霧化され、エバ
ポレータ８ａで気化して、エバポレータ８ａの熱を奪う
。エバポレータ８ａで気化したガス状の冷媒は再び可変
容量圧縮機８ｂに吸い込まれ、エバポレータ８ａ表面で
空気から熱を奪い、コンデンサ８０表面の空気に熱を捨
てるという冷凍サイクルを繰り返す。

９は加熱装置で、ヒータコア９ａ、温水源９ｂ。

ウォータバルブ９Ｃから成り、温水源９ｂから供給され
る温水によって、ヒータコア９ａを通過する空気を加熱
する。この温水源９ｂ−は、車両の動力源となるエンジ
ンであり、その冷却水を温水として利用する。１０は、
エアミックスダンパで、エバポレータ８ａで冷却された
空気のうち、ヒータコア９ａを通過する空気の量を調節
することによって、ヒータコア９ａより下流、すなわち
車室に吹き出される空気の温度を調節する。

１１はマイクロコンピュータから成る制御装置で、一般
的な構成であるＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ。

Ｉ１０ボート、およびこれらを電気的に接続するバスな
どから成る。この制御装置１１は以下に述べる各種セン
サおよび入力装置から信号が入力され、各種アクチュエ
ータに駆動信号を出力する。

１２は車室外に設けられる外気温センサ、１３はエバポ
レータ後方の空気温度を検出するエバ後センサ、１４は
車室内に設けられる内気温センサ、１５は車室内に設け
られる日射センサ、１６は温水源に設けられる水温セン
サ、１７はエバポレータ８ａの入口の冷媒温度を検出す
る冷媒温センサ、１８はエバポレータ８ａ出口の冷媒温
度を検出する冷媒温センサである。そして１９はエンジ
ン回転数を検出する回転数センサである。２０は、車室
内の目標温度を設定する温度設定器、２１はエアコン２
の作動、停止や、風量、内外気などのモードを指定する
各種スイッチである。

２２は内外気切換ダンパ６を駆動する内外気切換サーボ
モータ、２３はブロワ７のブロワモータ７ａの回転数を
調節する調速回路である。２４は可変容量圧縮機８ｂの
可変容量機構を作動させる可変容量アクチュエータ、２
５は可変開度膨張弁８ｅを作動させる膨張弁アクチュエ
ータ（モータやソレノイドなど）、２６はエアミックス
ダンパ１０を駆動するエアミックスサーボモータ、２７
はウォータバルブ９を作動させるウォータバルブサーボ
毛−夕である。

次に、本発明の要旨である冷凍サイクル８と、これを制
御する制御装置１１の構成をさらに詳しく説明する。

第３図は、制御系の構成を示すブロック構成図である。

この実施例では、制御系は基本的には冷凍サイクル８の
エバポレータ８ａ直後の空気温度ＴＥと、冷媒過熱度（
スーパーヒート）ＳＨを圧縮容量■と弁開度ＥＯとによ
り制御する付加積分型最適レギュレータとして構成され
る。そしてさらに、可変容量圧縮機８ｂを駆動するエン
ジン回転数Ｎによるフィードフォワード制御により、圧
縮容量■と弁開度ＥＯとを補正する。５ 第３図に図示するように付加積分型最適レギュレータは
、目標温度ＴＥ”と目標スーパーヒートＳＨゝとが与え
られて作動する（ＰＬ、Ｐ２）。そして、非線形な冷凍
サイクル８の振舞いを線形近似するため、冷凍サイクル
の動作範囲を線形近似が成立すると見做し得るいくつか
の範囲に区分し、この区分内の定常点Ｔｔａ、ＳＨａ、
ＥＯａ、Ｖａ。

Ｎａからの摂動骨δＴ　Ｅ　、　　δＳＨ，δＥＯ，δ
Ｖ。

δＮとして各制御量を扱うよう構成されている（Ｐ３．
Ｐ４．Ｐ５）。

この線形近似が動的モデルのモデリングであり、各範囲
毎の動的モデルが想定される。

また、付加積分型最適レギュレータは、状態変数量Ｘを
、上記摂動骨δＴＥ、δＳＨ，δ■、δＥＯに基づいて
推定すると共に（Ｐ６）、目標点Ｋ　Ｔ　ｖ　”と実際
の温度Ｔ６との偏差ＳＴＥの累積ＺＴ。

を求め（Ｐ７．Ｐ８）、同様に目標スーパーヒートＳＨ
”と実際のスーパーヒートＳＨとの偏差ｓＳＨの累積Ｚ
ＳＨを求める（Ｐ９．ＰＩＯ）、そしてこれらの累積値
ＺＴ、、ＺＳＨによって状態変数１ｘを拡大し、これに
予め定められた最適フィードバックゲインＦを乗じるこ
とにより、圧縮容量■と膨張弁開度ＥＯとのフィードバ
ック制御。

量δ■Ｆ　８　＋　　δＥＯＦｍを定める（ｐＨ）。

一方、エンジン回転数Ｎの定常点Ｎａからの摂動骨δＮ
に予め定められたフィードフォワードゲインＨを乗じる
ことにより、フィードフォワード制御量δ■□、δＥＯ
ＦＦを定める（ＰＬ２）。

そして、これらのフィードバック制御量δ■Ｆ　８　＋
δＥＯＦｍとフォワード制御量δＶ　ＦＦ、　　δＥＯ
，，とのそれぞれが加算されて（ＰＬ３．ＰＩ３）、制
御量δ■、δＥＯとされ、定常点の値Ｖａ、ＥＯａが加
算されて（Ｐ４）、冷凍サイクルの制御量Ｖ、ＥＯが出
力される。

また、Ｐ３ないしＰＩ３からなる制御系は、冷凍サイク
ルの挙動が線形と見做し得る範囲でのみ有効であるので
、冷凍サイクルの運転状態に関する諸量りに基づいて、
制御系の動的モデルが変更される（ＰＩ３）。

具体的には、運転状態りとしてエバポレータ８ａの通過
風量や、外気温度、コンデンサ通過風量、などの諸量が
用いられ、動的モデルに関連する値として、定常点の値
Ｔｔａ、ＳＨａ、Ｖａ、ＥＯａ、Ｎａや、オブザーバパ
ラメータ、フィードバックゲインＦ、フォトフォワード
ゲインＨなどが変更される。

次に、この実施例の設計手順について簡単に説明する。

なお、この設計手順は現代制御理論に基づく一手法を示
すものであって、以下に述べる手法の他にも種々の手法
が知られている。これらの現代制御理論については、例
えば古田勝久著「線形システム制御理論」　（昭和５１
年）昭晃堂、古田勝久他著「メカニカルシステム制御」
　（昭和５５９年）オーム社、古田勝久・佐野昭共著「
基礎システム理論」　（昭和５３年）コロナ社等、種々
の専門書、論文等に詳解されている。

（イ）制御系のモデリング 制御系、ここでは冷凍サイクル８の系の振舞いを、状態
方程式、出力方程式を用いて、Ｘ（ｋ）＝Ａ−Ｘ（ｋ−
１）＋Ｂ−ｕ（ｋ−１）＋Ｅ−ｄ（ｋ）・・・・・・・
・・（１） ｙ　（ｋ）＝　Ｃ−Ｘ（ｋ）　　　　　　　　　　　　
　・・・・・・・・・（２）として記述する。尚、式（
１）、　（２）においてＸ　（ｋ）は冷凍サイクル８の
状態変数量を、ｕ　（ｋ）は冷凍サイクル８の制御入力
としての圧縮容量■と弁開度ＥＯを、ｙ　（ｋ）は冷凍
サイクル８の制御出力としてのエバ後温度ＴＥとスーパ
ーヒートＳＨを、（１（ｋ）は外乱としての圧縮機回転
数Ｎを、添字にはサンプリング回数を、各々表している
。　　　　゛第４図は外乱項を考えず、２人力２出力の
系として動作している冷凍サイクル８の系を伝達関数Ｇ
　、　（ｚ）　、　Ｇ　ｔ　（Ｚ）　、　　Ｇ　３　（
Ｚ）　、　　Ｇ　４（ｚ）により書き表したブロック線
図である。尚、Ｚは入出力信号のサンプル値の２変換を
示し、Ｇ　（ｚ）は適当な次数をもつものとする。

ここでは、システム同定と呼ばれる手法を用いる。

冷凍サイクル８を所定の運転状態で定常運転し、圧縮機
容量の変化分δ■および弁開度の変化分δＥＯの一方を
零として、他方に適当な試験信号を加え、その時の入力
δ■、δＥＯと、出力であるエバ後温度の変化分δＴ、
およびスーパーヒートδＳＨとのデータをＮ回に亘って
サンプリングする。これを入力のデータ系列（ｕ（ｉ）
）、出力のデータ系列（ｙ（ｉ）　）　　（ただし、ｉ
＝１．２，３゜・・・・・・Ｎ）と表す。この時、各伝
達関数は１人力１出力と亘做すことができ、例えば伝達
関数Ｇ＋（ｚ）は、 Ｇ　＋　（ｚ）　＝　Ｂ　１（Ｚ−〇／　Ａ　ｌ（ｚ　
−’　）　　　　　−・”　”　（３）即ち、 Ｇ＋（ｚ）−（ｂｏ＋ｂ、−ｚ−’＋・　＋ｂ＋、・ｚ
−’）／　（１＋ａ＋−ｚ−’＋ａ、・ｚ−”＋−＋ａ
７・Ｚ−ｆｉ）　　　　　　　　　・・・・・・・・・
（４〕で求められる。尚、ここで、ｚ　−１は単位推移
演算子であって、ｚ　−’　−Ｘ　（ｋ）　−Ｘ　（ｋ
−１）を意味している。

入出力のデータ系列（ｕ（ｉ））、　　（ｙ（ｉ））か
ら式（４）のパラメータａ　＋　〜ａ　ｎ　ｒ　　ｂ　
ｏ　〜ｂ　ｎを定メレハ伝達関数Ｇ＋（ｚ）が求められ
る。最小２乗法によるシステム同定では、このパラメー
タａｌ〜”ｈ＋　　ｂｅ〜ｂ７を ｙ（ｋ−ｎ））　−（ｂｏ・ｕ（ｋ）＋ｂ、−ｕ（ｋ−
１）＋・・・＋ｂ　、　・ｕ　（ｋ−ｎ）　）　　］　
”　　　　・”　・・自＝（５）が最小となるよう定め
る。本実施例ではｎ＝１として、各パラメータを求めた
。この場合、Ｇ　、　（ｚ）に関する系のシグナルフロ
ー線図は第５図のようになり、状態変数量として［Ｘ　
、　（ｋ）　］をとって、その状態・出力方程式は、 Ｘ　ｒ　（ｋ＋１）　＝　ｚ−Ｘ　＋　（ｋ）＝−ａ　
Ｉ　・Ｘ、（ｋ）十ｂ　Ｉ　−ｕ　（ｋ）　・・・・・
・（６）ｙ（ｋ）　＝ｘｌ（ｋ）　　　　　　　　　　
・・・・・・・・・（７）と表せる。従って、１人力１
出力の系と見做した場合のシステムパラメータＡ、、Ｂ
、、ｃ、は各々 となる。

こうして、各伝達関数Ｇ＋（ｚ）ないしＧ　４　（ｋ）
にっいて、それぞれのシステムパラメータが求められ、
これらのシステムパラメータから、２人力２出力の系と
してのシステムパラメータ、即ち状態方程式（１）、出
力方程式（２）のＡ、Ｅ、Ｃを求めた。

さらに、状態方程式（１）の外乱項のパラメータＥにつ
いては、冷凍サイクルを定常運転しながら、適当に圧縮
機回転数Ｎの値を変化させ、この変化に対する制御出力
Ｙ　（ｋ）の値をサンプリングして求めた。

こうして本実施例の動的なモデルがシステム同定により
求められたが、この動的なモデルは、冷凍サイクル８が
所定の状態で運転されている時、この状態の近傍では線
形の近似が成り立つという形で定められている。従って
、定常的な複数の運転状態に関して、上記の手法で伝達
関数Ｇ　（ｚ）が求められ、状態方程式（１）、出力方
程式（２）におけるベクトルＡ、Ｅ、Ｃ，Ｅが求められ
、その入出力の関係は摂動骨δの間に成立することにな
る。

（ロ）オブザーバの設計 上述したシステムの状態変数量を推定するオブザーバを
設計する。

本実施例では外乱項を考慮せずに、同一次元オブザーバ
として設計する。

同一次元オブザーバは、第６図に示す構成を有するもの
であり、図示するように状態変数の推定値Ｘ　（ｋ）は
、Ｋをフィードバックゲインとして、Ｘ（ｋ）＝Ａ−Ｘ
（ｋ−１）＋　Ｂ−ｕ　（ｋ−１）＋Ｋ　（ｙ　（ｋ−
１）−Ｃ−Ｘ（ｋ−１）　　） ＝　（Ａ−Ｋ　−Ｃ）　Ｘ（ｋ−１）＋Ｋ　−ｙ　（ｋ
−１）＋　Ｂ　−ｕ　（ｋ−１）　　　　　　　　・・
・・・・・・・（９）となる。ここでＡ−に−Ｃを安定
するＫを選び、（Ａ−に−Ｃ）なる行列の固有権の絶対
値が総て１未満になるようにすれば、 ｋ−＋ωでＸ　（ｋ）→Ｘ　（ｋ）となることが証明さ
れている。従って、Ｋをそのように定め、更にＡｏ　Δ
Ａ−Ｌ　　−Ｃ ＬΔＫ　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・
００）Ｂｏ　ΔＢ とすると、オブザーバは、 Ｘ（ｋ）　＝ＡＯ・Ｘ（ｋ−１）　＋　Ｌ−Ｙ　（ｋ−
１）　＋　Ｂｏ　・ｕ　（ｋ−１）・・・・・・・・・
（１１） となる。

パラメータＡＬ、Ｌ、Ｂ０は、定常的な運転状態に関し
て求めた各モデル毎に求めておく。

（ハ）系の拡大 本実施例の制御対象は、目標温度ＴＥｔｈが変化するサ
ーボ系であることから、累積値を用いて系を拡大する。

即ち、オブザーバによって推定した状態変数量Ｘ　（ｋ
）と累積値Ｚ（ｋ）＝［ＺＴＥ（ｋ）　　ＺＳＨ（ｋ）
］”とを含めて、これを改めて状態変数量Ｘ（ｋ）　　
とする。即ち、 Ｘ（ｋ）＝［Ｘ（ｋ）　　ＺＴｔ（ｋ）　　ＺＳＨ（ｋ
）］ｉ・・・・・・・・・０２） となる。

（ニ）最適フィードバックゲインＦの算出上述した（ハ
）で拡大した系のシステムを、次のように表す。

・・・・・・・・・０３） ここで、状態−変数量Ｘ　（ｋ）を４次としているから
、 Ｚ（ｋ）＝　［ＺＴ、（ｋ）　　ＺＳＨ（ｋ）］　”ｕ
（ｋ）＝［δＶ　（ｋ）　　δＥＯ（ｋ）］”Ｖ（ｋ）
＝［δＴｔ（ｋ）　　　δＳ　Ｈ（ｋ）コ　τｙ”（ｋ
）　　＝　［Ｔｔ”（ｋ）　　ＳＨ”（ｋ）］　”であ
る。

この時、次の評価関数Ｊを最小にする最適制御入力、即
ち動作条件ｕ”（ｋ）を求めることが、冷凍サイクル８
に関する付加積分型最適レギュレータとしての制御問題
を解くことになる。

Ｏ０ Ｒ・δｕ（ｋ）］　　　　　　　　　　　　・・・・・
・・・・０９尚、ここでＱ、Ｒは重みパラメータ行列を
、ｋは制御開始時点を０とするサンプル回数を、各々示
しており、弐０９右辺はＱ、Ｒを対角行列とする所謂２
次形式表現である。

結果的に最適制御人力ｕ”（ｋ）は、 ｕ　”（ｋ）　＝　Ｆ−Ｘ　（ｋ） ””　［Ｆ＋　　Ｆｔ］　・　［Ｘ（ｋ）　　Ｚ（ｋ）
］　”＝　Ｆ＋−Ｘ（ｋ）　＋　Ｆｚ　・Ｚ（ｋ）　　
　・・・・・−−−−（１６）となる。

ここでＦ、、Ｆ、は、 ［Ｆ、　　Ｆ２］　＝］Ｒ−’・Ｂ”−Ｐ　　　　　・
・・・・・・・・０７］であり、Ｐは次の行列リカッチ
式の正定解である。

Ａ’−Ｐ＋Ｐ−Ａ＋Ｑ−Ｐ−Ｂ−Ｒ−’−Ｂ”−Ｐ＝０
　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・
０８）尚、ここで弐Ｑ５）の評価関数Ｊの意味は冷凍サ
イクル８に対する制御入力としての動作条件の諸量ｕ（
ｋ）＝［δＶ　（ｋ）　　δＥＯ（ｋ）］の動きを制約
しつつ、制御出力としての運転状態の諸量ｙ（ｋ）＝［
δＴｔ（ｋ）　　δ５Ｈ（ｋ）］の偏差を最小にしよう
と意図したものである。動作条件の諸１ｎ（ｋ）に対す
る制約の重み付けは、重みパラメータ行列Ｑ。

Ｒの値によって変更することができる。従って、すでに
求めておいた冷凍サイクル８の動的なモデル、即ち行列
Ａ、Ｅ、Ｃを用い、任意の重みパラメータ行列Ｑ、　　
Ｒを選択して弐０８）を解いてＰを求め、弐〇′７）に
より最適フィードバックゲインＦを求めることができる
。従って、この最適フィードバックゲインＦを用いて、
冷凍サイクル８の制御入力諸量ｕ　（ｋ）を、 ｕ　（ｋ）　＝　Ｆ−Ｘ　（ｋ） ＝Ｆ　・［Ｘ（ｋ）　　Ｚ（ｋ）］　”　　　　・・・
・−・・−・０９＞として求めることができる。

尚、このフィードバックゲインＦは、各モデル毎に決め
ておく。

（ホ）フィードフォワードゲインの算出衣にフィードフ
ォワードゲインＨの求め方について説明する。この実施
例では、制御人力ｕ　（ｋ）を ｕ（ｋ）＝Ｆ−Ｘ（ｋ）＋Ｈ−ｄ（ｋ）　　、　　”・
・”・・”ｅｌとして表す。

最適レギュレータ制御を行った場合の評価関数Ｊの最小
値は ｌｌｌ１ｎ　Ｊ　＝Ｘ（０）’−Ｐ−Ｘ（０）　　　　
　−・・・・”（２１）で与えられる。ところで今、冷
凍サイクルの系にステップ状の外乱、エンジン回転数の
急変が加わった場合を考えてみる。この時、状態変数量
Ｘ　（ｋ）の最終値はＸ　（ＣＸ））と表される。そこ
で平衡点を移動すると、ステップ応答の問題は、−Ｘ　
（（Ｘ））を初期値とする問題と等価となる。この時評
価関数Ｊの最小値ｗｉｎ　Ｊは、 ｍ１ｎＪ＝Ｘ（ω）’−Ｐ−Ｘ（ω）　　　　　・−・
・・−・（２２）となる。Ｘ　（ＣＸ））の値はフィー
ドフォワードゲインＨに依存することが知られているの
で、式（２２）を最小とするようにフィードフォワード
ゲインＩＩを求めればよい。式（１）、　（２）、　（
２０）において、ｘ（０）＝０．Ｘ（ｋ）　→Ｘ（（Ｘ
））として式を変形する。式（２２）及び式（２０）よ
り、 Ａ−Ｘ（（Ｘ））＋Ｅ・　（Ｆ−Ｘ（（Ｘ））＋Ｈ−ｄ
）　＋Ｅｄ＝０ を得る。これを変形すると、 Ｘ（（Ｘ））＝　（Ａ＋Ｅ　−Ｆ）−１−（Ｅ　−）１
＋Ｅ）。

ｄ　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・（２３）
となる。

既に最適フィードバックゲインＦを求めているので、式
（２３）における（Ａ＋Ｅ−Ｆ）は正則である。またベ
クトルＰは正定行列となる。ベクトルＢの各列は各々独
立であるから、任意のステップ状の外乱に対し、式（２
２）を゛最小とするフィードフォワードゲインＨは次の
ようにして求められる。

まず式（２３）を式（２２）に代入して、ｗｉｎ　Ｊ＝
　（ｅ＋ｒ＋Ｈ）　”　　−Ｐ　（ｅ　・ｒ”−Ｈ）・
４２　　　　　　　　　　　・・・・・・・・・（２４
）を得る。但し、ここで、 ξΔ−（Ａ＋１３−　Ｆ）−’・Ｅ ｒΔ−（Ａ＋Ｂ　−Ｆ）−’　・Ｂ と各々定義されている。ここでは外乱ｄは圧縮機回転数
（エンジン回転数をプーリ比などにより換算する）Ｎの
みなのでスカラ量であるから、式（２４）をＨについて
偏微分したもの、 σｍ１ｎＪ／σＨ −２（ｒ”−Ｐ・ξ＋ｒ”−Ｐ・ｒ”・１（）　Ｑ”　
ノ値は零となる。

従って、フィードフォワードゲインＨは、Ｈ＝＝（ｒ”
−Ｐ・ｒ）−’・ｒＴ・Ｐ・ｅ・・・・・・・・・（２
５） として定められる。既に、フィードバックゲインＦやベ
クトルＡ、Ｅ、Ｃ，Ｅ等は定められているので、弐（２
５）より容易にフィードフォワードゲインｌ（＝　［Ｅ
（Ｉ　　Ｈ２３”が求められる。

以上、付加積分型最適レギュレータの構成（第３図）を
基に、制御系のモデリング、オブザーバの設計、系の拡
大、最適フィードバックゲインおよびフィードフォワー
ドゲインの設定について説明したが、これらは予め設定
され、求められており、制御装置１１の内部では、その
結果のみを用いて実際の制御が行われる。

次に、以上に述べたような制御系を実現するための制御
袋Ｗ１１の作動を説明する。

第７図は、上述の制御系を実現するフローチャートであ
る。尚、以下の説明では現在の処理において扱われてい
る量を添字（ｋ）付で、前回に扱われた量を添字（ｋ−
１）付で表すことになる。

この実施例の制御装置１１は、カーエアコン２の起動と
共に、所定のプログラムの実行を開始する。

そして、第７図に示す制御プログラムと共に、車室１を
温度設定器２０で設定された目標温度に制御するための
、エアミックスダンパ１０や、ウォータバルブ９０など
の制御プログラムや、内外気切換ダンパ６などの制御プ
ログラムを実行する。

第７図のフローチャートはこれらの制御プログラムのう
ち、冷凍サイクル制御にかかる部分を示したものである
。

まず、ステップ１１０では、エバ後センサ１３の検出す
る空気温度Ｔ　Ｅ　（ｋ）を含む、各センサの検出値や
温度設定器２０、各種スイッチ２１などの信号が入力さ
れ、両冷媒温センサ１７，１８の差からスーパーヒート
Ｓ　Ｈ（ｋ）が、エンジン回転数とプーリ比からコンプ
レッサ回転数Ｎ　（ｋ）が求められる。

ステップ１２０では、エバポレータ直後の目標エバ後温
度Ｔｔ”（ｔｃ）と目標スーパーヒートＳＨ”（ｋ）が
設定される。このＴＥ＊（ｋ）は、車室目標温度、内気
温度、外気温度、冷却水温度、除湿作用の要否などに応
じて設定される。ＳＨ“（ｋ）は圧縮機への液バンクが
ない程度に小さく設定される。このステップ１２０の演
算処理が、第３図の目標エバ後温度設定部Ｐ１、および
目標スーパーヒート量設定部Ｐ２にあたる。

ステップ１３０では、ステップ１２０で設定された目標
エバ後温度Ｔ！Ｉ（ｋ）と、エバ後センサ１３から入力
されたエバ後温度Ｔ。（ｋ）との偏差ＳＴ。

（ｋ）、および目標スーパーヒートＳＨ”（ｋ）と、両
冷媒温センサ１７．１８から求められたスーパーヒート
Ｓ　Ｈ（ｋ）との偏差Ｓ　Ｓ　Ｈ（ｋ）が演算される。

このステップ１３０の演算処理が、第３図の加算部Ｐ７
．Ｐ９にあたる。

ステップ１４０では、ステップ１３０で求めた偏差５Ｔ
ｔ（ｋ）、５ＳＨ（ｋ）を累積する処理を行い、累積偏
差ＺＴｚ（ｋ）　、ＺＳＨ（ｋ）が演算される。

なお、Ｔはサンプリング周期である。このステップ１４
０の演算処理が、第３図の累積部Ｐ８、Ｐｌｏにあたる
。

ステップ１５０では、ステップ１１０で入力した各種信
号に基づいて、冷凍サイクル８のダイナミックモデルを
構築した際、線形近似が成り立つ範囲として採用した定
常的な運転状態のうち、最も近い状態を選択し、その状
態の定常点Ｔ、ａ。

ＳＨａ、Ｎａ、Ｖａ、ＥＯａと、フィードバックゲイン
Ｆと、フィードフォワードゲインＨと、パラメータＡ、
、ＢＯ，Ｌとを選択する。この処理が、第３図のモデル
設定部Ｐ１５にあたる。

ステップ１６０では、定常点からの摂動骨δを抽出する
処理が行われる。

このステップ１６０の演算処理が、第３図の摂動分抽８
部Ｐ３．Ｐ５にあたる。

ステップ１７０では、予め定められ、ステップ１５０で
選択されたＡＯ、Ｂｏ　、Ｌと、前回のステップ１６０
で求められた摂動骨としての制御出力ｙ　（ｋ−１）と
、前回推定された状態変数量Ｘ（ｋ〜１）と、前回の後
述するステップ２００で求められた摂動骨としての制御
人力ｕ　（ｋ−１）とから、前述の式（１１）に基づく
下式により、状態変数量Ｘ　（ｋ）が推定される。

このステップ１７０の演算処理が第３図の状態変数量推
定部６にあたる。

ステップ１８０では、ステップ１７０で求めた状態変数
量Ｘ　（ｋ）と、ステップ１４０で求めた累積偏差Ｚ　
（ｋ）とから、前述の式０９に基づく下式によりフィー
ドバック制御量ｕｒＩＩ（ｋ）が演算される。

Ｚ　Ｔｔ（ｋ）　　Ｚ　Ｓ　Ｈ（ｋ）　　）　”このス
テップ１８０の演算処理が第３図のフィードバック制御
量演算部ｐＨにあたる。

ステップ１９０では、前述の式［相］の右辺第２項に基
づいて、下式からフィードフォワード制御量ｕｙｙ（ｋ
）が演算される。

・δＮ　（ｋ） このステップ１９０の演算処理が第３図のフィードフォ
ワード制御量演算部Ｐ１２にあたる。

ステップ２００では、前述の式（至）に基づいて、下式
から制御量ｕ　（ｋ）が演算される。

ｕ　（ｋ）　＝　ｕ　ｒｍ（ｋ）　＋　ｕ　ｙｙ（ｋ）
このステップ２００の演算処理が、第３図の加算部Ｐ１
３．Ｐ１４にあたる。

ステップ２１０では、制御１１ｕ（ｋ）＝（δＶ　（ｋ
）δＥＯ（ｋ））’と定常点の値Ｖａ、ＥＯａとを加算
する処理が行われる。この処理が、第３図の定常値加算
部Ｐ４にあたる。

ステップ２２０では、ステップ２１０で求められた圧縮
機容量Ｖ　（ｋ）を実現するように可変容量アクチュエ
ータ２４が制御され、膨張弁開度ＥＯ（ｋ）を実現する
ように膨張弁アクチュエータ２５が制御される。

そして、ステップ２３０で、サンプルタイミングをイン
クリメントし、１サイクルの処理を終える。

以上に説明した構成の制御系と、この制御系を　′実現
する制御装置１１の作動とによる、冷凍サイクルの制御
結果を第８図、第９図、第１０図に示す。

第８図は、定常的な運転状態から、目標エバ後温度Ｔｒ
（一点鎖線）を、ステップ関数的に変化させたときの実
際のエバ後温度の変化を示している。本発明を適用した
この実施例によるものを実線で示し、従来の制御による
ものを破線で示す。

従来のものでは、オーバーシュート、アンダーシュート
しながら目標ＴＥ＊に制御されるのに対し、本発明によ
るこの実施例では、はとんどオーバーシュート、アンダ
ーシュートなく速やかに目標Ｔどへ匍Ｈ卸される。

第９図には、風量モードの変化によるエバポレータ通過
風景の変化に伴う、エバ後温度の変化を示している。風
量モードが、°“Ｌｏ“′から“Ｈ□゛へ切り換えられ
、冷凍サイクルの定常的な運転状態が切り換わっても、
この実施例によるものは、はとんどオーバーシュート、
アンダーシュートな（速やかに目標Ｔ１に制御されてい
る。

第１０図には、コンプレッサ８ｂを駆動するエンジンの
回転数変化に伴う、エバ後温度の変化を示している。こ
の場合も、この実施例によるものはほとんどオーバーシ
ュート、アンダーシュートなく速やかに目標？へ制御さ
れる。

このように、この実施例では種々の外乱に対してもエバ
後温度およびスーパーヒートを安定して目標に制御する
ことができ、車両用空調装置２・とじての車室１への吹
出空気温度も安定することとなり、快適な空調環境を提
供することができる。

また、過渡的な外乱が加わってもスーパーヒートが安定
であるため、圧縮機への液バツクが少なく、このため、
スーパーヒートを極めて小さい値に設定でき、エバポレ
ータの効率を高く維持できる。

また、オーバーシュートやアンダーシュート等がほとん
どない上、スーパーヒートが最適と思われる値に安定し
て制御されるため、省動力、省燃費な車両用空調装置２
を提供することができる。

以上、本発明を適用した実施例を説明したが、本発明の
要旨を逸脱しない範囲で種々の態様がある。

〔発明の効果〕

以上に説明した本発明によると、冷凍サイクルの運転状
態が変化する過渡時における制御出力の変動（オーバー
シュート、アンダーシュート）を抑制することができ、
目標値に良好に制御することができる。

また、過渡時における制御入力の変動も、必要最低限に
抑えることができる。

これらから、冷凍サイクルの制御出力である冷却能力を
良好に制御することができ、しかも過制御が低減される
ため、冷凍サイクルを動作させるための動力損失も低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック構成図、第２図は
本発明を適用した一実施例の車両用空調装置の構成図、
第３図は一実施例の冷凍サイクルの制御系を示すブロッ
ク線図、第４図は冷凍サイクルの系を２人力２出力の系
としたブロック線図、第５図は各伝達関数のシグナルフ
ロー線図、第６図は同一次元オブザーバの構成を示すブ
ロック線図、第７図は制御装置の作動を示すフローチャ
ート、第８図、第９図、第１０図は一実施例の制御によ
る効果を説明するグラフである。 Ｍｌ・・・冷凍サイクル、Ｍ２・・・冷却器、Ｍ３・・
・可変容量圧縮機、Ｍ４・・・可変開度膨張弁、Ｍ５・
・・空気温度検出手段、Ｍ６冷媒過熱度検出手段、Ｍ７
・・・温度設定手段、Ｍ８・・・過熱度設定手段、Ｍ９
・・・温度偏差素積手段、ＭＩＯ・・・過熱度偏差累積
手段。 Ｍｌｌ・・・制御量演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　下流側が室内に連通する通風路に設けられ、冷凍サイ
   クルを循環する冷媒を蒸発させることにより、空気を冷
   却する冷却器と、 前記冷凍サイクルに設けられ、圧縮容量が可変に構成さ
   れた可変容量圧縮機と、 前記冷凍サイクルに設けられ、弁開度が可変に構成され
   た可変開度膨張弁と、 前記冷却器により冷却された空気の温度を検出する空気
   温度検出手段と、 前記冷却器から流出する冷媒の過熱度を検出する冷媒過
   熱度検出手段と、 前記空気温度の目標値を設定する温度設定手段と、 前記冷媒過熱度の目標値を設定する過熱度設定手段と、 前記空気温度検出手段で検出される検出空気温度と前記
   温度設定手段で設定される目標空気温度との偏差を累積
   する温度偏差素積手段と、 前記冷媒過熱度検出手段で検出される検出過熱度と前記
   過熱度設定手段で設定される目標過熱度との偏差を累積
   する過熱度偏差累積手段と、前記可変容量圧縮機の圧縮
   容量および前記可変開度膨張弁の弁開度を制御入力とし
   、前記空気温度および前記冷媒過熱度を制御出力として
   設定される前記冷凍サイクルの動的モデルに基づいて、
   前記検出温度、前記検出過熱度、前記温度偏差累積値、
   および前記過熱度偏差累積値を入力し、前記圧縮容量お
   よび前記弁開度の指令値を出力する最適レギュレータと
   して構成される制御量演算手段と、 を備えることを特徴とする冷凍サイクル制御装置。