KR20140140490A - 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 제어량을 의도적으로 변동시킬 때에, 제어 파라미터를 변경하지 않고, 피드백 제어의 응답성을 높이는 것을 목적으로 한다.
제어 장치는, 설정값(SP)과 제어량(PV)에 기초하여 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 피드백 제어계로부터, 설정값(SP)을 취득하는 설정값 취득부(5)와, 설정값(SP)이 변경되었을 때에, 액츄에이터(8)의 게인의 변화에 따라 생기는 제어량(PV)의 변화가 설정값(SP)의 변경에 추종하는 작용이 되도록, 액츄에이터(8)의 게인을 변화시키는 액츄에이터 제어부(6)를 구비한다.

Description

제어 장치 및 제어 방법{CONTROL APPARATUS AND CONTROL METHOD}
본 발명은 프로세서 제어 기술에 관한 것으로, 특히 에너지 절약 제어, 거주자의 쾌적 제어, 혹은 그 양립(이하, 간단하게, 에너지 절약 제어 및 쾌적 제어로 기재)을 목적으로 하여 제어량을 의도적으로 변동시킬 때에, 제어의 응답성을 높일 수 있는 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
온도나 압력 등의 프로세서 제어에 있어서는, 선형 제어 이론의 PID 제어가 주류이다(특허문헌 1). 제어 대상의 프로세스 게인도, 선형 특성에 가까운 것일수록 제어 대상으로서 적합하다.
PID를 이용하는 제어 기술 사례로서, 예컨대, 공조 제어에 있어서 거주 환경의 과도한 악화를 초래하지 않는 범위에서 에너지 절약을 실현하는 안정적인 제어의 실현 가능성을 높이는 기술이 있다(특허문헌 2). 또한, 지적 생산성의 저하를 억제하면서 에너지 절약을 실현하고자 하는 기술이 있다(비특허문헌 1). 이러한 기술에서는, PID 제어의 설정값을 적극적으로 상하 이동시켜 제어량을 그것에 추종시킴으로써, 목적을 달성하는 구성으로 되어 있다. 따라서, 응답성이 적절하게 확보되어야 한다.
특허문헌 1: 일본 특허 제4358674호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 제2013-2748호 공보
비특허문헌 1: 미즈타니 카나 외, "거주자 만족감에 기초한 변동 공조 제어 기술의 개발(제3보) 실온 변동 환경에 있어서의 거주자 만족감과 에너지 소비량", 공기 조화·위생 공학회 대회 학술 강연 논문집, 2012년 9월
선형 제어 이론의 PID 제어에서 프로세스 게인의 선형성을 손상시키지 않도록 피드백 제어계의 응답성을 향상시키는 경우, 응답성의 향상에는 한계가 있었다. 예컨대, 특허문헌 2에 개시된 기술에 있어서, 실내 온도 설정값을 변경하여도 실내 온도가 변화되기 어렵다는 현상이 일어나고 있었다. 또한, 제어의 응답성을 과도하게 중시한 제어 파라미터 설정으로 하면, 제어의 안정성이 손상되어, 불안정한 제어 특성이 될 가능성이 있었다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 에너지 절약 제어 및 거주자의 쾌적 제어를 목적으로 하여 제어량을 의도적으로 변동시킬 때에, 제어 파라미터를 변경하지 않고, 피드백 제어의 응답성을 높일 수 있는 제어 장치 및 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 제어 장치는, 제어 대상의 목표 상태를 나타내는 설정값(SP)과 상기 제어 대상의 상태 계측값인 제어량(PV)에 기초하여 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 피드백 제어계로부터, 상기 설정값(SP)을 취득하는 설정값 취득 수단과, 상기 설정값(SP)이 변경되었을 때에, 상기 액츄에이터의 게인의 변화에 따라 생기는 제어량(PV)의 변화가 설정값(SP)의 변경에 추종하는 작용이 되도록, 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 액츄에이터 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제어 장치의 1 구성예에 있어서, 상기 피드백 제어계는, 열매체의 유량 제어에 의해 실내 온도를 제어하는 제어 루프이며, 상기 액츄에이터 제어 수단은, 실내 온도의 목표값을 나타내는 상기 설정값(SP)의 변경에 따라 상기 열매체의 온도를 제어함으로써, 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제어 장치의 1 구성예에 있어서, 상기 피드백 제어계는, 상기 열매체인 급기의 풍량 제어에 의해 실내 온도를 제어하는 제어 루프이며, 상기 액츄에이터는, 상기 급기의 풍량을 조절하는 VAV 유닛이고, 상기 액츄에이터 제어 수단은, 실내 온도의 목표값을 나타내는 상기 설정값(SP)의 변경에 따라 급기 온도를 제어함으로써, 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제어 장치의 1 구성예에 있어서, 상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)의 램프형의 변경에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 램프형으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제어 장치의 1 구성예에 있어서, 상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)의 계단형의 변경에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 계단형으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제어 장치의 1 구성예에 있어서, 상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)의 변경에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 변화시킨 후, 이 변화 전의 게인의 값으로 복귀되도록, 상기 설정값(SP)의 변경 시점으로부터의 경과 시간에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제어 장치의 1 구성예에 있어서, 상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)의 변경 패턴이 미리 부여되어 있을 때에, 상기 설정값(SP)의 변경을 사전에 통지하는 신호에 따라, 상기 설정값(SP)의 변경보다 정해진 시간만큼 빠르게 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제어 장치의 1 구성예에 있어서, 상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)이 상승에서 하강 또는 하강에서 상승으로 바뀌는 변화점 부근에서 상기 액츄에이터의 게인을 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제어 장치의 1 구성예에 있어서, 상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)의 변경폭 또는 변화율에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명의 제어 방법은, 제어 대상의 목표 상태를 나타내는 설정값(SP)과 상기 제어 대상의 상태 계측값인 제어량(PV)에 기초하여 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 피드백 제어계로부터, 상기 설정값(SP)을 취득하는 설정값 취득 단계과, 상기 설정값(SP)이 변경되었을 때에, 상기 액츄에이터의 게인의 변화에 따라 생기는 제어량(PV)의 변화가 설정값(SP)의 변경에 추종하는 작용이 되도록, 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 액츄에이터 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에 따르면, 설정값(SP)이 변경되었을 때에, 액츄에이터의 게인의 변화에 따라 생기는 제어량(PV)의 변화가 설정값(SP)의 변경에 추종하는 작용이 되도록, 액츄에이터의 게인을 변화시킴으로써, 제어량(PV)의 변동의 용이함을 실현할 수 있어, 피드백 제어계의 제어 파라미터를 변경하지 않고, 피드백 제어의 응답성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 설정값(SP)의 변경에 따라 열매체의 온도를 제어함으로써, 액츄에이터의 게인을 변화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 설정값(SP)의 변경에 따라 액츄에이터의 게인을 변화시킨 후, 이 변화 전의 게인의 값으로 복귀되도록, 설정값(SP)의 변경 시점으로부터의 경과 시간에 따라 액츄에이터의 게인을 변화시킴으로써, 피드백 제어의 응답성을 개선하며, 피드백 제어의 수속성도 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 설정값(SP)의 변경을 사전에 통지하는 신호에 따라, 설정값(SP)의 변경보다 정해진 시간만큼 빠르게 액츄에이터의 게인을 변화시킴으로써, 피드백 제어의 응답성을 개선하며, 피드백 제어의 수속성도 개선할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 설정값(SP)이 상승에서 하강 또는 하강에서 상승으로 바뀌는 변화점 부근에서 액츄에이터의 게인을 일정하게 함으로써, 피드백 제어의 응답성을 개선하며, 제어량(PV)의 오버슈트를 억제할 수 있어, 제어량(PV)의 설정값(SP)에의 수속성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 제어 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 제어 장치의 동작예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시형태에 있어서의 설정값과 변동 배율의 연동 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 VAV 공조 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 VAV 공조 시스템의 공조 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 프로세서 제어의 피드백 제어계와 액츄에이터 게인 제어계의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 VAV 공조 시스템의 공조 제어 장치의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 실내 온도 설정값과 변동 배율의 연동 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 VAV 공조 시스템의 동작예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태에 있어서의 실내 온도 설정값의 다른 변동 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시형태에 있어서의 설정값과 변동 배율의 연동 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시형태의 동작예를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시형태에 있어서의 설정값과 변동 배율의 연동 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 제4 실시형태에 있어서의 설정값과 변동 배율의 다른 연동 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 제5 실시형태에 있어서의 설정값과 변동 배율의 연동 패턴예를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 18은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 액츄에이터 게인 제어계의 동작을 나타내는 흐름도이다.
[발명의 원리]
PID 제어 등의 제어 연산 블록으로부터 본 제어 대상의 프로세스 게인(Kp)은, 액츄에이터측의 게인(Ka)과 피제어물측의 게인(Km)으로 나뉜다. 프로세스 게인 변동은 제어 연산으로부터 보면 외란에 불과하지만, 제어량(PV)을 의도적으로 변동시킬 때에, 컨트롤 가능한 액츄에이터 게인(Ka)을, 때마침 형편이 좋은 측으로의 외란 인가가 되도록 변동시키면, 실질적으로 제어계의 설정값(SP) 변동 응답 특성을 향상시키고 있는 것과 등가가 되는 것에 발명자는 착안하였다.
그리고, 예컨대 공조의 급기 풍량에 의한 실내 온도 제어(급기 풍량이 피드백 제어계의 조작량(MV)이 되는 제어)이면, 실내 온도(PV)를 의도적으로 상승 변동 또는 하강 변동시킬 때에는 급기 온도를 상승 변동 또는 하강 변동시키는 액츄에이터 게인 연동형의 제어(이하, 액츄에이터 게인 연동 제어라고 칭함)에 상도하였다. 즉, 이 액츄에이터 게인 연동 제어는, 액츄에이터인 풍량 조정 댐퍼의 게인(Ka)을 실내 온도 설정값(SP)의 변경에 의도적으로 연동시키는 것에 상당한다.
또한 발명자는, 예컨대 에너지 절약 제어 및 쾌적 제어를 목적으로 하여 실내 온도(PV)를 의도적으로 변동시키는 제어(이하, 실내 온도 변동 제어라고 칭함)를 건물의 공조에 적용하는 경우, 제어의 안정성 지향의 불리·유리가 변화하는 것이, 공조의 제어성 과제의 하나의 요인인 것에 착안하였다.
일반적으로 오피스 빌딩 등의, 사람이 거주하는 건물의 내부 온열 환경은, 기상이나 방위, 건물 용도 등에 따라, 1일, 1주일 혹은 1개월 등의 단위로 완만하게 변화하는 것이며, 공조의 제어 파라미터(예컨대, PID 파라미터)는 제어의 즉응성(卽應性)보다 제어의 안정성 지향으로 결정된다. 이와 같은 건물에 있어서 실내 온도 변동 제어를 행하는 경우, 안정성 지향의 제어 파라미터 설정에서는 수십분 단위의 주기에서의 실내 온도 변동에 추종하기 어렵다. 즉, 안정성 지향의 제어 파라미터 설정에서는 불리하다. 그러나, 안정성 지향의 제어 파라미터로부터 즉응성 중시의 제어 파라미터로 재조정을 행하는 것은 현장의 조정 비용을 증대시키게 된다.
한편, 비특허문헌 1에 나타내고 있는 실내 온도 변동 제어에서는, 과도하게 실내 환경이 악화되는 확률을 저감할 수 있지만, 에너지 절약의 실현을 중시하는 운용이 되는 경우도 있기 때문에, 하계나 동계의 특히 소비 에너지를 억제하고자 하는 시간대나 기간에 한정하여 운용되는 것도 많다. 냉방 26℃, 난방 22℃라고 한 통상의 실내 온도 일정 제어로 복귀되었을 때에는, 즉응성 중시의 제어 파라미터보다 안정성 지향의 제어 파라미터 쪽이 유리하다. 이와 같이, 제어의 안정성 지향의 불리·유리가 같은 제어 루프 내에서 변화하는 것이 공조의 제어성 과제의 하나의 요인인 것에 발명자는 착안하였다.
한편, 전술한 액츄에이터 게인 연동 제어를 행하는 것은, 제어 연산 블록으로부터 보면 프로세스 게인 변동이 생기고 있는 것이 되기 때문에, 로버스트(robust) 안정된 범위에서 액츄에이터 게인(Ka)을 변동시키는 것이 바람직한 것에도 착안하였다.
그리고, 열매체의 온도를 실내 온도의 변동에 연동시켜 변화시켜 액츄에이터 게인 연동 제어를 실현함으로써, 제어 파라미터의 재조정의 필요성이 저감되어, 실내 온도 일정 제어와 실내 온도 변동 제어의 양립을 조정 부하없이 실현할 수 있는 것에 상도하였다. 즉, 의도적으로 로버스트 안정된 PID 조정(안정성 지향)으로 하는 공조에서의 변동 제어는, 로버스트 안정된 범위가 확보되는 것이 바람직한 액츄에이터 게인 연동 제어와의 적정한 조합이 된다.
[제1 실시형태]
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 프로세서 제어에 있어서, 액츄에이터 게인의 변화에 따라 생기는 제어량(PV)의 변화(외란)가 설정값(SP)의 변경에 추종하는 작용이 되도록, 설정값(SP)의 변경에 따라 액츄에이터 게인을 변화시킴으로써, 피드백 제어계의 응답성을 향상시킨다. 또한, 이하의 모든 실시형태에 있어서, 설정값(SP)과 액츄에이터 게인의 연동 패턴은, 대상의 피드백 제어계가 전부 역동작인 경우(제어량(PV)이 증대하면 조작량(MV)이 감소함)에 대해서 설명한다.
도 1은 본 실시형태의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시형태의 제어 장치는, 액츄에이터(8)와 피제어물(9)로 구성되는 제어 대상(7)의 목표 상태를 나타내는 설정값(SP)을 입력하는 설정값 입력부(1)와, 제어 대상(7)의 상태 계측값인 제어량(PV)을 입력하는 제어량 입력부(2)와, 설정값(SP)과 제어량(PV)에 기초하여 정해진 제어 연산 알고리즘으로 조작량(MV)을 산출하는 조작량 산출부(3)와, 조작량 산출부(3)에 의해 산출된 조작량(MV)을 액츄에이터(8)에 출력하는 조작량 출력부(4)와, 설정값 입력부(1)에 입력되는 설정값(SP)을 취득하는 설정값 취득부(5)와, 설정값(SP)이 변경되었을 때에, 액츄에이터(8)의 게인의 변화에 따라 생기는 제어량(PV)의 변화(외란)가 설정값(SP)의 변경에 추종하는 작용이 되도록, 액츄에이터(8)의 게인을 변화시키는 액츄에이터 제어부(6)를 구비한다.
설정값 입력부(1)와 제어량 입력부(2)와 조작량 산출부(3)와 조작량 출력부(4)와 제어 대상(7)은, 프로세서 제어의 피드백(FB) 제어계를 구성하고 있다. 한편, 설정값 취득부(5)와 액츄에이터 제어부(6)는, 액츄에이터 게인(AG) 제어계를 구성하고 있다.
조작량 산출부(3)(PID 제어 등의 제어 연산 블록)로부터 본 제어 대상(7)의 프로세스 게인(Kp)은, 액츄에이터(8)의 게인(Kag)과 피제어물(9)의 게인(Km)으로 나뉘고, 다음 식과 같이 기재할 수 있다.
Kp＝Kag×Km …(1)
프로세스 게인(Kp)의 변동은 제어 연산으로부터 보면 외란에 불과하지만, 예컨대 에너지 절약 제어 및 쾌적 제어를 목적으로 하여 제어량(PV)을 의도적으로 변동시킬 때에, 컨트롤 가능한 액츄에이터 게인(Kag)을 피드백 제어계로부터 형편이 좋은 측으로의 외란 인가가 되도록 변동시키면, 실질적으로 피드백 제어계의 설정값(SP) 변동 응답 특성을 향상시키고 있는 것과 등가가 된다. 액츄에이터 게인(Kag)이 피드백 제어계의 설정값(SP)으로 하는 연동하는 패턴은 제2 실시형태 이후에도 나타내는 바와 같이 여러가지 있지만, 본 실시형태에서는 설정값(SP)의 변경과 동시에 액츄에이터 게인(Kag)을 변경하는 패턴의 예로 설명한다.
임의의 제어 주기에서, 설정값(SP)이 변경되고, 조작량(MV)이 MV＋ΔMV로 변화하면 제어량(PV)의 변화분(ΔPV)은 하기의 식이 된다.
ΔPV＝(Kag×Km)×ΔMV …(2)
또한, 설정값(SP)의 변경 타이밍에 액츄에이터 게인(Kag)을 피드백 제어계로부터 형편이 좋은 측으로 ΔKag 변화시켰다면, 변경 후의 액츄에이터 게인(Kag')은 식 (3)에 나타내는 바와 같이 된다.
Kag'＝(Kag＋ΔKag) …(3)
따라서, 종래 기술과 같이 액츄에이터 게인(Kag)을 변경하지 않는 경우에 비하여, 액츄에이터 게인(Kag)을 식 (3)과 같이 변경한 경우의 제어량(PV)의 변화분(ΔPVag)은, 다음 식과 같이 된다.
ΔPVag＝(Kag'×Km)×ΔMV
＝((Kag＋ΔKag)×Km)×ΔMV
＝(Kag×Km)×ΔMV＋(ΔKag×Km)×ΔMV
＝ΔPV＋(ΔKag×Km)×ΔMV …(4)
따라서, 액츄에이터 게인(Kag)을 식 (3)과 같이 변경하면, 제어량(PV)은 (ΔKag×Km)×ΔMV만큼 피드백 제어계에 있어서 형편이 좋은 측의 값이 되는 것을 알았다. 단, 조작량 산출부(3)로부터 보면 프로세스 게인 변동이 생기고 있는 것이 되기 때문에, 변경 후의 액츄에이터 게인(Kag')은 로버스트 안정된 범위인 것이 바람직하다.
또한, 변경 전의 액츄에이터 게인(Kag)에 변동 배율(α)(α는 0보다 큰 실수)을 곱하여 변경 후의 액츄에이터 게인(Kag')을 산출하도록 하여도 좋다.
Kag'＝α×Kag …(5)
도 2의 (A), 도 2의 (B)는 본 실시형태의 제어 장치의 동작을 나타내는 흐름도이며, 도 2의 (A)는 피드백 제어계의 동작을 나타내는 흐름도이고, 도 2의 (B)는 액츄에이터 게인 제어계의 동작을 나타내는 흐름도이다.
먼저, 피드백 제어계의 동작에 대해서 설명한다. 설정값(SP)은, 설정값 입력부(1)를 통해 조작량 산출부(3)에 입력된다(도 2의 (A)의 단계 S100). 설정값(SP)은, 예컨대 실내 온도 일정 제어의 제어 설정값인 기준 설정값으로 미리 설정되어 있고, 예컨대 에너지 절약 제어 및 쾌적 제어를 목적으로 하여 기준 설정값으로부터 의도적으로 변경된다. 이러한 설정값(SP)의 변경에 대해서는, 예컨대 특허문헌 2에 개시되어 있다.
제어량(PV)은, 센서 등에 의해 계측되고, 제어량 입력부(2)를 통해 조작량 산출부(3)에 입력된다(도 2의 (A)의 단계 S101).
조작량 산출부(3)는, 설정값(SP)과 제어량(PV)에 기초하여, 이하의 전달 함수식과 같은 PID 제어 연산을 행하여 조작량(MV)을 산출한다(도 2의 (A)의 단계 S102).
MV＝(100/PB)×{1＋(1/TIs)＋TDs}×(SP-PV) …(6)
식 (6)에 있어서, PB, TI, TD는 PID 파라미터이며, PB는 비례대, TI는 적분 시간, TD는 미분 시간이다. s는 라플라스 연산자이다.
조작량 출력부(4)는, 조작량 산출부(3)에 의해 산출된 조작량(MV)을 액츄에이터(8)에 출력한다(도 2의 (A)의 단계 S103).
이상과 같은 단계 S100∼S103의 처리가, 예컨대 오퍼레이터로부터의 지령에 따라 제어가 종료할 때까지(도 2의 (A)의 단계 S104에 있어서 YES), 제어 주기마다 반복 실행된다.
다음에, 액츄에이터 게인 제어계의 동작에 대해서 설명한다. 설정값 취득부(5)는, 설정값 입력부(1)에 입력된 설정값(SP)을 취득한다(도 2의 (B)의 단계 S200).
액츄에이터 제어부(6)는, 설정값 취득부(5)에 의해 취득된 설정값(SP)이 직전의 설정값(SP)(기준 설정값)에 대하여 변경되어 있는 경우(도 2의 (B)의 단계 S201에 있어서 YES), 직전의 설정값(SP)에 대한 변경폭에 따라 액츄에이터 게인(Kag)을 변경한다(도 2의 (B)의 단계 S202). 액츄에이터 게인(Kag)의 변경은, 예컨대 식 (5)에 있어서의 변동 배율(α)을 설정값(SP)의 변경폭에 따라 변경함으로써 실현시킬 수 있다. 이때, 액츄에이터 제어부(6)는, 설정값(SP)의 변경폭이 클수록 액츄에이터 게인(Kag)이 크게 변화하도록 변동 배율(α)을 결정한다.
이상과 같은 단계 S200∼S202의 처리가, 예컨대 오퍼레이터로부터의 지령에 따라 제어가 종료될 때까지(도 2의 (B)의 단계 S203에 있어서 YES), 일정 주기마다 반복 실행된다. 또한, 액츄에이터 게인 제어계의 주기는 피드백 제어계의 주기와 동일한 값이어도 좋고, 상이한 값이어도 좋다.
도 3의 (A)∼도 3의 (D)에 본 실시형태의 효과를 나타내는 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 3의 (A)는 시간(t＝300)에서 설정값(SP＝25)이 SP＝200으로 변경되었을 때의 제어량(PV)의 변화를 나타내고, 도 3의 (B)는 이 설정값 변경 시의 조작량(MV)의 변화를 나타내며, 도 3의 (C)는 설정값(SP)의 변화를 나타내고, 도 3의 (D)는 변동 배율(α)의 변화를 나타내고 있다. 피드백 제어계는 제어의 안정성 중시로 제어 파라미터(PID 파라미터)가 조정되어 있는 것으로 한다.
도 3의 (A)의 PV1은 종래의 기술과 같이 액츄에이터 게인(Kag)을 변경하지 않는 경우의 제어량(PV), PV2는 본 실시형태의 액츄에이터 연동 제어에 의해 시간(t＝300)에 있어서 변동 배율(α)을 1.5로 변경한 경우의 제어량(PV), PV3은 시간(t＝300)에 있어서 변동 배율(α)을 2로 변경한 경우의 제어량(PV)이다. 도 3의 (B)의 MV1은 액츄에이터 게인(Kag)을 변경하지 않는 경우의 조작량(MV), MV2는 시간(t＝300)에 있어서 변동 배율(α)을 1.5로 변경한 경우의 조작량(MV), MV3은 시간(t＝300)에 있어서 변동 배율(α)을 2로 변경한 경우의 조작량(MV) 이다.
도 3의 (A)∼도 3의 (D)에 의하면, 종래 기술과 같이 액츄에이터 게인(Kag)을 변경하지 않는 경우(변동 배율(α)이 항상 1)에 비하여, 본 실시형태의 액츄에이터 게인 연동 제어를 행하는 경우(t＝300에 있어서, 변동 배율(α)을 1.5 또는 2로 변경하는 경우)에는, 제어량(PV)의 설정값(SP)에의 추종에 있어서 형편이 좋은 외란 인가가 되도록 액츄에이터 게인(Kag)을 변경함으로써, 제어량(PV)의 응답성이 개선되어 있는 것을 알았다. 즉, 제어량 PV2, PV3에는, 제어량 PV1에 비하여, 설정값(SP)의 변경에 추종하는 변화(외란)가 생기고 있어, 설정값(SP)에 대한 응답성이 높아져 있는 것을 알았다.
도 4의 (A), 도 4의 (B)에는, 도 3의 (A)∼도 3의 (D)와 동일한 스텝 응답적인 설정값 변경을 의도적으로 복수회 행하는 경우의 액츄에이터 게인 연동 패턴예를 나타내고 있다. 이와 같이 설정값(SP)의 단계 입력마다, 변동 배율(α)이 변경되어, 액츄에이터 게인(Kag)이 변경되는 것을 알았다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 에너지 절약 제어 및 쾌적 제어를 목적으로 하여 제어량(PV)을 의도적으로 변경하기 위해 설정값(SP)이 변경될 때에, 이 설정값(SP)의 변경과 연동하여 액츄에이터 게인을 변동시킴으로써 제어 파라미터를 변경하지 않고, 피드백 제어의 응답성을 개선할 수 있다. 또한, 제어량(PV)의 설정값(SP)에의 수속성을 확보하기 위해, 액츄에이터 게인은 로버스트 안정된 범위에서 변동시키는 것이 바람직하다.
[제2 실시형태]
다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태는, 액츄에이터 게인 연동 제어의 일례로서, 급기 풍량 제어에 의해 실내 온도를 제어하는 제어 루프와 급기 온도를 제어하는 제어 루프를 구비하는 공조 제어계에 있어서, 물이나 공기 등의 열매체의 온도를 변경함으로써, 액츄에이터 게인을 변경하는 예를 나타내는 것이다. 본 실시형태에서는, 특히 열매체 온도의 예로서 급기 온도를 예로 들어 설명한다. 본 실시형태가 적용되는 공조 시스템에서는, 실내 온도 설정과 급기 온도 설정이 가능한 것이 필요하다.
도 5는 본 실시형태에 따른 VAV(Variable Air Volume) 공조 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시형태의 VAV 공조 시스템은, 공조기(10)와, 공조기(10)에의 냉수의 양을 제어하는 냉수 밸브(11)와, 공조기(10)에의 온수의 양을 제어하는 온수 밸브(12)와, 공조기(10)로부터의 급기를 공조 존(18-1, 18-2)에 공급하는 급기 덕트(16)와, 공조 존(18-1, 18-2)에 공급되는 급기의 양을 공조 존마다 제어하는 VAV 유닛(17-1, 17-2)과, VAV 유닛(17-1, 17-2)을 제어하는 장치인 VAV 컨트롤러(20-1, 20-2)와, 공조기(10)를 제어하는 공조 제어 장치(21)와, 공조 존(18-1, 18-2)의 실내 온도를 계측하는 실내 온도 센서(22-1, 22-2)와, 환기 덕트(23)와, 외부에 배출되는 공기의 양을 조정하는 배기 조정용 댐퍼(24)와, 공조기(10)에 복귀되는 환기의 양을 조정하는 환기 조정용 댐퍼(25)와, 공조기(10)에 도입되는 외기의 양을 조정하는 외기 조정용 댐퍼(26)와, 급기의 온도를 계측하는 온도 센서(27)와, 환기의 온도를 계측하는 온도 센서(28)를 구비한다.
공조기(10)는, 냉각 코일(13)과, 가열 코일(14)과, 팬(15)으로 구성된다. VAV 유닛(17-1, 17-2)과 VAV 컨트롤러(20-1, 20-2)는, 공조 존마다 마련된다. VAV 유닛(17-1, 17-2) 내에는 도시되지 않은 댐퍼가 마련되어 있어, VAV 유닛(17-1, 17-2)을 통과하는 급기의 양을 조정할 수 있도록 되어 있다. 도 5에 있어서, 도면 부호 19-1, 19-2는 공조기(10)로부터의 급기의 취출구, 도면 부호 29는 외기의 취입구, 도면 부호 30-1, 30-2는 공조 존(18-1, 18-2)에 마련된 리모콘 단말이다.
공조기(10)에 있어서의 팬(15)의 회전수와, 냉수 밸브(11) 및 온수 밸브(12)의 개방도는 공조 제어 장치(21)에 의해 제어된다. 공조기 공기를 냉각하는 경우(일반적으로는 냉방 운전의 경우), 공조기(10)의 냉각 코일(13)에 공급되는 냉수의 양이 냉수 밸브(11)에 의해 제어된다. 한편, 공조기 공기를 가열하는 경우(일반적으로는 난방 운전의 경우), 공조기(10)의 가열 코일(14)에 공급되는 온수의 양이 온수 밸브(12)에 의해 제어된다.
냉각 코일(13)에 의해 냉각된 공기 또는 가열 코일(14)에 의해 가열된 공기는, 팬(15)에 의해 송출된다. 팬(15)에 의해 송출된 공기(급기)는, 급기 덕트(16)를 통해 각 공조 존(18-1, 18-2)의 VAV 유닛(17-1, 17-2)에 공급되고, VAV 유닛(17-1, 17-2)을 통과하여 각 공조 존(18-1, 18-2)에 공급되도록 되어 있다.
VAV 컨트롤러(20-1, 20-2)는, 공조 존(18-1, 18-2)의 실내 온도 센서(22-1, 22-2)에 의해 계측된 실내 온도(PV)와 실내 온도 설정값(SP)의 편차에 기초하여 조작량(MV)(공조 존(18-1, 18-2)의 요구 풍량)을 연산하여 요구 풍량값을 공조 제어 장치(21)에 보내는 한편, 그 요구 풍량을 확보하도록, VAV 유닛(17-1, 17-2) 내의 댐퍼(도시되지 않음)의 개방도를 제어한다.
공조 제어 장치(21)는, 각 VAV 컨트롤러(20-1, 20-2)로부터 보내오는 요구 풍량값으로부터 시스템 전체의 총요구 풍량값을 연산하고, 이 총요구 풍량값에 따른 팬 회전수를 구하며, 이 구한 팬 회전수가 되도록 공조기(10)를 제어한다.
VAV 유닛(17-1, 17-2)을 통과하여, 취출구(19-1, 19-2)를 통해 공조 존(18-1, 18-2)에 취출되는 급기는, 공조 존(18-1, 18-2)에 있어서의 공조 제어에 공헌한 후, 환기 덕트(23)를 거쳐 배기 조정용 댐퍼(24)를 통해 배출되지만, 그 일부는 환기 조정용 댐퍼(25)를 통하여 환기로서 공조기(10)에 복귀된다. 그리고, 이 공조기(10)에 복귀된 환기에 대하여, 외기가 외기 조정용 댐퍼(26)를 통해 정해진 비율로 받아들여진다. 배기 조정용 댐퍼(24), 환기 조정용 댐퍼(25), 및 외기 조정용 댐퍼(26)의 각각의 개방도는 공조 제어 장치(21)로부터의 지령에 따라 조정된다.
공조 제어 장치(21)는, 공조기(10)가 냉각 동작시인 경우, 온수 밸브(12)의 개방도를 0％로 하고, 온도 센서(27)에 의해 계측된 급기 온도(SAPV)가 급기 온도 설정값(SASP)과 일치하도록 냉수 밸브(11)의 개방도를 제어한다. 또한, 공조 제어 장치(21)는, 공조기(10)가 가열 동작시인 경우, 냉수 밸브(11)의 개방도를 0％로 하고, 온도 센서(27)에 의해 계측된 급기 온도(SAPV)가 급기 온도 설정값(SASP)과 일치하도록 온수 밸브(12)의 개방도를 제어한다. 일반적으로는, 실내 온도(PV)와 실내 온도 설정값(SP)의 편차가 정해진 시간에 해소되지 않는 경우에 각 VAV 컨트롤러(20-1, 20-2)로부터 보내오는 냉방 능력 증가 요구나 난방 능력 증가 요구에 따라 급기 온도(SAPV)를 변경한다. 이상의 동작은, 종래의 VAV 공조 시스템과 동일하다.
다음에, 본 실시형태의 특징에 대해서 설명한다. 도 6은 공조 제어 장치(21)의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 7은 본 실시형태의 프로세서 제어의 피드백(FB) 제어계와 액츄에이터 게인(AG) 제어계의 구성을 나타내는 도면이다.
공조 제어 장치(21)는, 실내 온도 설정값(SP)을 취득하는 실내 온도 설정값 취득부(210)와, 실내 온도 설정값(SP)에 따라 급기 온도 설정값(SASP)을 산출하는 급기 온도 설정값 산출부(211)와, 온도 센서(27)에 의해 계측된 급기 온도(SAPV)를 취득하는 급기 온도 계측값 취득부(212)와, 냉수 밸브(11) 및 온수 밸브(12)의 개방도를 나타내는 조작량(SAMV)을 산출하는 조작량 산출부(213)와, 조작량(SAMV)을 냉수 밸브(11) 및 온수 밸브(12)에 출력하는 조작량 출력부(214)와, 공조기(10)의 팬(15)을 제어하는 풍량 제어부(215)를 갖는다.
실내 온도 설정값 취득부(210)는, 도 1의 설정값 취득부(5)에 상당한다. 급기 온도 설정값 산출부(211)와 급기 온도 계측값 취득부(212)와 조작량 산출부(213)와 조작량 출력부(214)는, 도 1의 액츄에이터 제어부(6)에 상당한다. VAV 컨트롤러(20-1, 20-2)는, 도 1의 설정값 입력부(1)와 제어량 입력부(2)와 조작량 산출부(3)와 조작량 출력부(4)에 상당한다. VAV 유닛(17-1, 17-2)은, 도 1의 액츄에이터(8)에 상당한다. 공조 존(18-1, 18-2)은, 도 1의 피제어물(9)에 상당한다.
따라서, VAV 컨트롤러(20-1, 20-2)와 VAV 유닛(17-1, 17-2)과 공조 존(18-1, 18-2)은, 피드백(FB) 제어계를 구성하고, 실내 온도 설정값 취득부(210)와 급기 온도 설정값 산출부(211)와 급기 온도 계측값 취득부(212)와 조작량 산출부(213)와 조작량 출력부(214)는, 액츄에이터 게인(AG) 제어계를 구성하고 있다.
본 실시형태에서는, 이상과 같은 VAV 공조 시스템에 있어서, 에너지 절약 제어 및 쾌적 제어를 목적으로 하여 실내 온도(PV)를 의도적으로 변경하기 위해 실내 온도 설정값(SP)이 변경될 때에, 이 실내 온도 설정값(SP)의 변경과 연동하여 급기 온도 설정값(SASP)을 변경함으로써, 급기 온도(SAPV)를 변경하여, 실내 온도 제어의 응답성을 개선한다. 피드백 제어계에 있어서의 실온 제어에 필요한 급기 풍량은 급기 온도(SAPV)에 의존하기 때문에, 급기 온도(SAPV)를 변경하는 것은, 액츄에이터 게인을 변화시키는 것을 의미한다.
도 8은 공조 제어 장치(21)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 실내 온도 설정값 취득부(210)는, 실내 온도 설정값(SP)을 취득한다(도 8의 단계 S300). 실내 온도 설정값(SP)은, 실내 온도 일정 제어의 제어 설정값인 기준 설정값으로 미리 설정되어 있고, 예컨대 에너지 절약 제어 및 쾌적 제어를 목적으로 하여 기준 설정값으로부터 의도적으로 변경된다.
급기 온도 설정값 산출부(211)는, 실내 온도 설정값 취득부(210)에 의해 취득된 실내 온도 설정값(SP)이 직전의 실내 온도 설정값(SP)(기준 설정값)에 대하여 변경되어 있는 경우(도 8의 단계 S301에 있어서 YES), 직전의 실내 온도 설정값(SP)에 대한 변경폭에 따라 급기 온도 설정값(SASP)을 변경한다(도 8의 단계 S302).
급기 온도 설정값 산출부(211)는, 예컨대 변경 전의 급기 온도 설정값(SASP)에 변동 배율(α)(α는 0보다 큰 실수)을 곱하여 변경 후의 급기 온도 설정값(SASP')을 산출한다. 식 (7)에 있어서의 변동 배율(α)을 실내 온도 설정값(SP)의 변경폭에 따라 변경함으로써, 급기 온도 설정값(SASP)의 변경을 실현할 수 있다. 이때, 급기 온도 설정값 산출부(211)는, 실내 온도 설정값(SP)의 변경폭이 클수록 급기 온도 설정값(SASP)이 크게 변화하도록 변동 배율(α)을 결정한다.
SASP'＝α×SASP …(7)
급기 온도 계측값 취득부(212)는, 온도 센서(27)에 의해 계측된 급기 온도(SAPV)를 취득한다(도 8의 단계 S303).
조작량 산출부(213)는, 정해진 제어 연산 알고리즘에 따라, 급기 온도(SAPV)와 급기 온도 설정값(SASP)이 일치되도록 조작량(SAMV)을 산출한다(도 8의 단계 S304). 조작량 출력부(214)는, 조작량 산출부(213)가 산출한 조작량(SAMV)을 냉수 밸브(11) 및 온수 밸브(12)에 출력한다(도 8의 단계 S305). 이렇게 하여, 냉수 밸브(11) 및 온수 밸브(12)의 개방도가 제어되어, 공조기(10)에 공급되는 열매체(냉수 또는 온수)의 양이 제어된다. 또한, 전술한 바와 같이, 공조기(10)가 냉각 동작시인 경우에는 온수 밸브(12)의 개방도는 미리 규정된 최소값(통상은 0％ 근방)으로 고정되고, 공조기(10)가 가열 동작시인 경우에는 냉수 밸브(11)의 개방도는 미리 규정된 최소값(통상은 0％ 근방)으로 고정된다. 제어 연산 알고리즘으로서는, 예컨대 PID가 있다.
풍량 제어부(215)는, 각 VAV 컨트롤러(20-1, 20-2)로부터 보내오는 요구 풍량값으로부터 시스템 전체의 총요구 풍량값을 연산하고, 이 총요구 풍량값에 따른 팬 회전수를 구하며, 이 구한 팬 회전수가 되도록 공조기(10)의 팬(15)의 제어를 일정 주기로 계속하고 있다. 즉, 풍량 제어부(215)의 처리는 단계 S300∼S305에 따라 급기 온도가 변경된 경우에 한정되지 않고 계속적으로 팬 풍량 제어가 행해진다(도 8의 단계 S306).
공조 제어 장치(21)는, 이상과 같은 단계 S300∼S305의 처리를 예컨대 거주자나 공조의 관리자로부터의 지령에 따라 공조 제어가 종료될 때까지(도 8의 단계 S307에 있어서 YES), 일정 시간마다 행한다. 도 8의 단계 S300, S301, S302는, 각각 도 2의 (B)의 단계 S200, S201, S202에 상당한다.
에너지 절약 제어 및 쾌적 제어를 목적으로 하여 실내 온도(PV)를 변경하는 경우, 예컨대 실내 온도 설정값(SP)을 의도적으로 단계적으로 완화하는 동작에서는, 제1 실시형태의 도 4의 (A), 도 4의 (B)에 나타내는 실내 온도 설정값(SP)과 변동 배율(α)의 연동 패턴을 적용할 수 있다.
또한, 비특허문헌 1에 개시되어 있는 램프형의 실온 상하 이동을 연속하는 스케줄에 적용하는 실내 온도 설정값(SP)과 변동 배율(α)의 연동 패턴예를 도 9의 (A), 도 9의 (B)에 나타낸다.
도 9의 (A), 도 9의 (B)에 나타낸 연동 패턴을 실제의 건물의 공조 존에 적용한 결과를 도 10의 (A), 도 10의 (B)에 나타낸다. 도 10의 (A)는 실내 온도 설정값(SP)과 급기 온도 설정값(SASP)의 변화를 나타내고, 도 10의 (B)는 실내 온도(PV)의 변화를 나타내고 있다. 도 10의 (B)에 나타낸 현장 적용 데이터에서는, 실내 온도 설정값(SP)의 변동폭에 대하여 실제의 거주 영역의 실내 온도(PV)의 변동폭이 작아, 실내 온도 설정값(SP)을 변경한 것만으로는 실제의 실내 온도(PV)를 변경하기 어려운 것을 알았다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 에너지 절약 제어 및 쾌적 제어를 목적으하여 실내 온도(PV)를 의도적으로 변경하기 위해 실내 온도 설정값(SP)이 변경될 때에, 액츄에이터 게인의 변화에 따라 생기는 실내 온도(PV)의 변화(외란)가 실내 온도 설정값(SP)의 변경에 추종하는 작용이 되도록, 실내 온도 설정값(SP)의 변경에 따라 급기 온도(SAPV)를 변경함으로써, 실내 온도 제어의 응답성을 개선할 수 있다. 또한, 실내 온도(PV)의 실내 온도 설정값(SP)에의 수속성을 확보하기 위해, 급기 온도(SAPV)는 로버스트 안정된 범위에서 변동시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시형태에서는, 실내 온도 설정값(SP)의 램프형의 변동의 패턴예로서 도 9의 (A)의 예를 들어 설명하였지만, 이것으로 한정되지 않으며, 실내 온도 설정값(SP)의 변동 패턴으로서는 도 11의 (A)∼도 11의 (C)에 나타내는 것과 같은 것도 있다. 도 11의 (A)∼도 11의 (C) 중 어느 패턴에 대해서도 실내 온도 설정값(SP)의 변경에 연동시켜 급기 온도(SAPV)를 변경하면 좋다.
[제3 실시형태]
다음에, 본 발명의 제3 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태는, 제1, 제2 실시형태에 있어서의 설정값(SP)과 변동 배율(α)의 연동 패턴의 별도의 예를 나타내는 것이며, 피드백 제어계의 제어 편차를 고려한 예를 나타내는 것이다. 피드백 제어계의 제어 편차의 크기를 반영하여 액츄에이터 게인을 변경하면, 설정값(SP)이 변경되었을 때의 피드백 제어의 응답성이 높아지며, 피드백 제어의 수속성도 높아진다.
제1, 제2 실시형태에 따르면, 설정값(SP)의 변경폭이 클수록, 즉 제어 편차(Δ｜SP―PV｜)가 클수록, 액츄에이터 게인을 크게 변경하지만, 제어 도입 시의 제어 파라미터 조정에 의해 피드백 제어계의 수속성은 어느 정도 확보되어 있기 때문에, 설정값(SP) 변경 후의 경과 시간이 길수록 변동 배율(α)이 작아지도록 변동 배율(α)을 결정하면 좋다.
도 4의 (A)에 나타낸 것과 동일한 계단형의 설정값(SP) 변경에 대하여, 제어 편차를 고려하여 액츄에이터 게인을 변동시키는 연동 패턴예를 도 12의 (A)∼도 12의 (D)에 나타낸다. 도 12의 (B)는 설정값(SP)의 변경에 따라 변동 배율(α)을 변화시킨 후, 이 변화 전의 α의 값으로 복귀되도록, 설정값(SP)의 변경 시점으로부터의 경과 시간에 따라 변동 배율(α)을 단계적으로 변경하는 예를 나타내고 있다.
도 12의 (C)는 설정값(SP) 변경 후의 경과 시간과 변동 배율(α)의 관계를 나타내는 선형의 함수를 이용함으로써, 설정값(SP)의 변경 시점으로부터의 경과 시간에 따라 변동 배율(α)을 결정하는 예를 나타내고 있다. 도 12의 (D)는 설정값(SP) 변경 후의 경과 시간과 변동 배율(α)의 관계를 나타내는 비선형의 함수를 이용함으로써, 설정값(SP)의 변경 시점으로부터의 경과 시간에 따라 변동 배율(α)을 결정하는 예를 나타내고 있다. 이상과 같은 변동 배율(α)의 결정을, 제1 실시형태의 액츄에이터 제어부(6), 혹은 제2 실시형태의 급기 온도 설정값 산출부(211)에 있어서 행하면 좋다.
도 13의 (A)∼도 13의 (C)에 본 실시형태의 효과를 나타내는 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 여기서는, 도 12의 (B)의 타입으로 설정값(SP)과 변동 배율(α)을 연동시킨 예를 나타낸다. 도 13의 (A)는 시간(t＝300)에서 설정값(SP＝25)이 SP＝200으로 변경되었을 때의 제어량(PV)의 변화를 나타내고, 도 13의 (B)는 이 설정값 변경 시의 조작량(MV)의 변화를 나타내며, 도 13의 (C)는 변동 배율(α)의 변화를 나타내고 있다.
도 13의 (A)의 PV1은 종래 기술과 같이 액츄에이터 게인을 변경하지 않는 경우의 제어량(PV), PV2는 도 13의 (C)와 같이 변동 배율(α)을 변경한 경우의 제어량(PV)이다. 도 13의 (B)의 MV1은 액츄에이터 게인을 변경하지 않는 경우의 조작량(MV), MV2는 도 13의 (C)와 같이 변동 배율(α)을 변경한 경우의 조작량(MV)이다.
도 12의 (B)에서 설명한 바와 같이, 이 시뮬레이션에서는 설정값(SP)의 변경 시점으로부터의 경과 시간에 따라 변동 배율(α)을 단계적으로 변경하고 있다. 도 13의 (A)∼도 13의 (C)에 의하면, 종래 기술과 같이 액츄에이터 게인을 변경하지 않는 경우(변동 배율(α)이 항상 1)에 비하여, 본 실시형태의 액츄에이터 게인 연동 제어를 행하는 경우에는, 제어량(PV)의 설정값(SP)에의 점근(漸近)이 빨라져, 피드백 제어의 응답성이 향상되고 있는 것을 알았다.
[제4 실시형태]
다음에, 본 발명의 제4 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태는, 제1, 제2 실시형태에 있어서의 설정값(SP)과 변동 배율(α)의 연동 패턴의 별도의 예를 나타내는 것이며, 피드백 제어계의 시간 지연을 고려한 예를 나타내는 것이다. 피드백 제어계의 시간 지연을 고려하여 액츄에이터 게인을 변경하면, 설정값(SP) 변경 시의 피드백 제어의 응답성이 높아지며, 피드백 제어의 수속성도 높아진다. 시간 지연이 큰 피제어물일수록 액츄에이터 게인을 빠르게 변경한다.
도 4의 (A)에 나타낸 것과 동일한 계단형의 설정값(SP) 변경에 대하여, 피드백 제어계의 시간 지연을 고려하여 액츄에이터 게인을 변동시키는 연동 패턴예를 도 14의 (A)∼도 14의 (D)에 나타낸다. 도 14의 (A)∼도 14의 (D)에 나타낸 예에서는, 설정값(SP)의 변경보다 일정 시간(t1)만큼 빠르게 액츄에이터 게인(변동 배율(α))의 변경을 개시하고 있다. 일정 시간(t1)에는, 제어 대상의 시간 지연(설정값(SP)에 대한 실내 온도(PV)의 지연 시간)을 대강이라도 알고 있는 경우에는 이 값을 설정하거나, t1＝0(시간 지연을 고려하지 않는 연동 패턴을 적용한 경우)일 때의 실내 온도(PV)의 응답 데이터를 취득하여, 이 데이터로부터 취득한 설정값(SP)에 대한 실내 온도(PV)의 지연 시간을 설정하거나 하면 좋다.
도 14의 (B)는 설정값(SP) 변경 후의 경과 시간에 따라 변동 배율(α)을 단계적으로 변경하는 도 12의 (B)의 예에 대하여, 설정값(SP)의 변경보다 일정 시간(t1)만큼 빠르게 액츄에이터 게인(변동 배율(α))의 변경을 개시한 예를 나타내고 있다. 도 14의 (C)는 설정값(SP) 변경 후의 경과 시간과 변동 배율(α)의 관계를 나타내는 선형의 함수를 이용함으로써, 설정값(SP) 변경 후의 경과 시간에 따라 변동 배율(α)을 결정하는 도 12의 (C)의 예에 대하여, 설정값(SP)의 변경보다 일정 시간(t1)만큼 빠르게 액츄에이터 게인(변동 배율(α))의 변경을 개시한 예를 나타내고 있다. 도 14의 (D)는 설정값(SP) 변경 후의 경과 시간과 변동 배율(α)의 관계를 나타내는 비선형의 함수를 이용함으로써, 설정값(SP) 변경 후의 경과 시간에 따라 변동 배율(α)을 결정하는 도 12의 (D)의 예에 대하여, 설정값(SP)의 변경보다 일정 시간(t1)만큼 빠르게 액츄에이터 게인(변동 배율(α))의 변경을 개시한 예를 나타내고 있다. 이러한 변동 배율(α)의 결정을, 제1 실시형태의 액츄에이터 제어부(6), 혹은 제2 실시형태의 급기 온도 설정값 산출부(211)에 있어서 행하면 좋다.
도 9의 (A)에 나타낸 것과 동일한 램프형의 설정값(SP) 변경에 대하여, 피드백 제어계의 시간 지연을 고려하여 액츄에이터 게인을 변동시키는 연동 패턴예를 도 15의 (A), 도 15의 (B)에 나타낸다.
이상과 같이, 본 실시형태에서는, 피드백 제어계의 시간 지연을 고려하여 변동 배율(α)을 변경하여 액츄에이터 게인을 변경함으로써, 피드백 제어의 응답성을 개선할 수 있고, 제어의 수속성도 개선할 수 있다.
또한, 설정값(SP)의 변경에 앞서 액츄에이터 게인을 변경하는 것은 어렵기 때문에, 실제의 제어에서는 설정값(SP)의 변경을 행하는 변경 수단(도시되지 않음)으로부터, 설정값(SP)의 변경 및 그 변경폭을 사전에 통지하는 신호를 수신하게 된다. 예컨대, 전형적인 것으로서, 설정값(SP)의 변경을 행하는 변경 수단에는, 실시형태 2에서 기술한 설정값(SP)의 변경 패턴의 정보가 미리 스케줄링되어 있는 경우가 있다. 이에 의해, 설정값(SP)의 변경보다 정해진 시간(t1)만큼 빠르게 액츄에이터의 게인을 변경할 수 있다.
[제5 실시형태]
다음에, 본 발명의 제5 실시형태에 대해서 설명한다. 본 실시형태는, 제1, 제2 실시형태에 있어서의 설정값(SP)과 변동 배율(α)의 연동 패턴의 별도의 예를 나타내는 것이며, 제4 실시형태와 마찬가지로 피드백 제어계의 시간 지연을 고려하며, 설정값(SP)의 변화점에 있어서의 제어량(PV)의 오버슈트를 고려한 예를 나타내는 것이다. 램프형으로 변경되는 설정값(SP)이 상승에서 하강으로 바뀌는 변화점 부근, 혹은 하강에서 상승으로 바뀌는 변화점 부근에서는, 제어량(PV)에 변화점 전의 설정값 변경 방향으로의 오버슈트가 일어나기 쉽다. 본 실시형태에서는, 이러한 오버슈트의 발생을 억제하는 것을 목적으로 한다.
도 9의 (A)에 나타낸 것과 동일한 램프형의 설정값(SP) 변경에 대하여, 피드백 제어계의 시간 지연을 고려하며 설정값(SP)의 변화점에 있어서의 제어량(PV)의 오버슈트를 고려하여 액츄에이터 게인을 변동시키는 연동 패턴예를 도 16의 (A), 도 16의 (B)에 나타낸다. 도 16의 (B)에 있어서의 도면 부호 160은 제4 실시형태의 연동 패턴예를 나타내고, 도면 부호 161은 본 실시형태에 있어서의 연동 패턴예를 나타내고 있다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 피드백 제어계의 시간 지연을 고려하여 변동 배율(α)을 변경함과 동시에, 설정값(SP)이 상승에서 하강으로 바뀌는 변화점 부근, 혹은 하강에서 상승으로 바뀌는 변화점 부근에서는 변동 배율(α)을 일정하게 하여 액츄에이터 게인의 변경을 중지함으로써, 제4 실시형태에서 설명한 효과에 더하여, 제어량(PV)의 오버슈트를 억제한다고 하는 효과를 얻을 수 있어, 제어량(PV)의 설정값(SP)에의 수속성을 높일 수 있다.
[제6 실시형태]
다음에, 본 발명의 제6 실시형태에 대해서 설명한다. 제1∼제5 실시형태에서는, 설정값(SP)의 변경폭에 따라 액츄에이터 게인을 변경하고 있지만, 설정값(SP)의 변화율에 따라 액츄에이터 게인을 변경하여도 좋다. 도 17은 본 실시형태의 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이며, 도 1과 동일한 구성에는 동일한 부호를 붙인다.
본 실시형태의 제어 장치는, 설정값 입력부(1)와, 제어량 입력부(2)와, 조작량 산출부(3)와, 조작량 출력부(4)와, 설정값 취득부(5)와, 액츄에이터 제어부(6a)와, 설정값(SP)의 변화율을 산출하는 설정값 변화율 산출부(40)를 구비하고 있다. 설정값 취득부(5)와 설정값 변화율 산출부(40)와 액츄에이터 제어부(6a)는, 액츄에이터 게인(AG) 제어계를 구성하고 있다.
도 18은 본 실시형태의 액츄에이터 게인(AG) 제어계의 동작을 나타내는 흐름도이다. 도 18의 단계 S400의 처리는 도 2의 (B)의 단계 S200과 같다.
설정값 변화율 산출부(40)는, 설정값 취득부(5)에 의해 취득된 설정값(SP) 직전의 설정값(SP)에 대한 변화율을 산출한다(도 18의 단계 S401).
액츄에이터 제어부(6a)는, 설정값 변화율 산출부(40)에 의해 산출된 설정값(SP)의 변화율이 직전의 변화율에 대하여 변화한 경우, 설정값(SP)이 변경되었다고 인식하고(도 18의 단계 S402에 있어서 YES), 설정값(SP)의 변화율에 따라 액츄에이터 게인(Kag)을 변경한다(도 18의 단계 S403). 액츄에이터 게인(Kag)의 변경은, 예컨대 식 (5)에 있어서의 변동 배율(α)을 설정값(SP)의 변화율에 따라 변경함으로써 실현할 수 있다. 이 때, 액츄에이터 제어부(6a)는, 설정값(SP)의 변화율이 클수록 액츄에이터 게인(Kag)이 크게 변화하도록 변동 배율(α)을 결정한다.
이상과 같은 단계 S400∼S403의 처리가, 예컨대 오퍼레이터로부터의 지령에 따라 제어가 종료할 때까지(도 18의 단계 S404에 있어서 YES), 일정 주기마다 반복 실행된다.
또한, 제1∼제6 실시형태에서는, 대상의 피드백 제어계가 역동작인 경우에 대해서 설명하고 있지만, 피드백 제어계가 정동작(제어량(PV)이 증대하면 조작량(MV)도 증대함)인 대상에 본 발명을 적용하여도 좋다. 피드백 제어계가 정동작인 경우에도, 제1∼제6 실시형태와 마찬가지로 변동 배율(α)을 결정하면 좋다.
제1∼제6 실시형태에서 설명한 제어 장치는, CPU, 기억 장치 및 인터페이스를 구비한 컴퓨터와, 이들 하드웨어 자원을 제어하는 프로그램에 의해 실현할 수 있다. CPU는, 기억 장치에 저장된 프로그램에 따라 제1∼제6 실시형태에서 설명한 처리를 실행한다.
본 발명은, 프로세서 제어 기술에 있어서, 실내 온도 등의 제어량을 에너지 절약 혹은 거주자의 쾌적성 개선을 위해 변동시키는 기술에 적용할 수 있다.
1…설정값 입력부, 2…제어량 입력부, 3…조작량 산출부, 4…조작량 출력부, 5…설정값 취득부, 6, 6a…액츄에이터 제어부, 7…제어 대상, 8…액츄에이터, 9…피제어물, 10…공조기, 11…냉수 밸브, 12…온수 밸브, 13…냉각 코일, 14…가열 코일, 15…팬, 17-1, 17-2…VAV 유닛, 18-1, 18-2…공조 존, 20-1, 20-2…VAV 컨트롤러, 21…공조 제어 장치, 22-1, 22-2, 27, 28…온도 센서, 40…설정값 변화율 산출부, 210…실내 온도 설정값 취득부, 211…급기 온도 설정값 산출부, 212…급기 온도 계측값 취득부, 213…조작량 산출부, 214…조작량 출력부, 215…풍량 제어부.

Claims (18)

  1. 제어 대상의 목표 상태를 나타내는 설정값(SP)과 상기 제어 대상의 상태 계측값인 제어량(PV)에 기초하여 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 피드백 제어계로부터, 상기 설정값(SP)을 취득하는 설정값 취득 수단과,
    상기 설정값(SP)이 변경되었을 때에, 상기 액츄에이터의 게인의 변화에 따라 생기는 제어량(PV)의 변화가 설정값(SP)의 변경에 추종하는 작용이 되도록, 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 액츄에이터 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피드백 제어계는, 열매체(熱媒體)의 유량 제어에 의해 실내 온도를 제어하는 제어 루프이며,
    상기 액츄에이터 제어 수단은, 실내 온도의 목표값을 나타내는 상기 설정값(SP)의 변경에 따라 상기 열매체의 온도를 제어함으로써, 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 피드백 제어계는, 상기 열매체인 급기의 풍량 제어에 의해 실내 온도를 제어하는 제어 루프이며,
    상기 액츄에이터는, 상기 급기의 풍량을 조절하는 VAV 유닛이고,
    상기 액츄에이터 제어 수단은, 실내 온도의 목표값을 나타내는 상기 설정값(SP)의 변경에 따라 급기 온도를 제어함으로써, 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)의 램프형의 변경에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 램프형으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)의 계단형의 변경에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 계단형으로 변화시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)의 변경에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 변화시킨 후, 이 변화 전의 게인의 값으로 복귀되도록, 상기 설정값(SP)의 변경 시점으로부터의 경과 시간에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)의 변경 패턴이 미리 부여되어 있을 때에, 상기 설정값(SP)의 변경을 사전에 통지하는 신호에 따라, 상기 설정값(SP)의 변경보다 정해진 시간만큼 빠르게 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)이 상승에서 하강 또는 하강에서 상승으로 바뀌는 변화점 부근에서 상기 액츄에이터의 게인을 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 수단은, 상기 설정값(SP)의 변경폭 또는 변화율에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 것을 특징으로 하는 제어 장치.
  10. 제어 대상의 목표 상태를 나타내는 설정값(SP)과 상기 제어 대상의 상태 계측값인 제어량(PV)에 기초하여 조작량(MV)을 산출하여 액츄에이터에 출력하는 피드백 제어계로부터, 상기 설정값(SP)을 취득하는 설정값 취득 단계와,
    상기 설정값(SP)이 변경되었을 때에, 상기 액츄에이터의 게인의 변화에 따라 생기는 제어량(PV)의 변화가 설정값(SP)의 변경에 추종하는 작용이 되도록, 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 액츄에이터 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 피드백 제어계는, 열매체의 유량 제어에 의해 실내 온도를 제어하는 제어 루프이며,
    상기 액츄에이터 제어 단계는, 실내 온도의 목표값을 나타내는 상기 설정값(SP)의 변경에 따라 상기 열매체의 온도를 제어함으로써, 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 피드백 제어계는, 상기 열매체인 급기의 풍량 제어에 의해 실내 온도를 제어하는 제어 루프이며,
    상기 액츄에이터는, 상기 급기의 풍량을 조절하는 VAV 유닛이고,
    상기 액츄에이터 제어 단계는, 실내 온도의 목표값을 나타내는 상기 설정값(SP)의 변경에 따라 급기 온도를 제어함으로써, 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 단계는, 상기 설정값(SP)의 램프형의 변경에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 램프형으로 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  14. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 단계는, 상기 설정값(SP)의 계단형의 변경에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 계단형으로 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  15. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 단계는, 상기 설정값(SP)의 변경에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 변화시킨 후, 이 변화 전의 게인의 값으로 복귀되도록, 상기 설정값(SP)의 변경 시점으로부터의 경과 시간에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  16. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 단계는, 상기 설정값(SP)의 변경 패턴이 미리 부여되어 있을 때에, 상기 설정값(SP)의 변경을 사전에 통지하는 신호에 따라, 상기 설정값(SP)의 변경보다 정해진 시간만큼 빠르게 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 단계는, 상기 설정값(SP)이 상승에서 하강 또는 하강에서 상승으로 바뀌는 변화점 부근에서 상기 액츄에이터의 게인을 일정하게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
  18. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 제어 단계는, 상기 설정값(SP)의 변경폭 또는 변화율에 따라 상기 액츄에이터의 게인을 변화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제어 방법.
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