WO2022113666A1 - 制御装置、制御方法およびプログラム - Google Patents

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WO2022113666A1
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compressor
command value
surging
proportional coefficient
control device
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PCT/JP2021/040393
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隆治 広江
実 松尾
達男 石黒
彰宏 中庭
泰憲 時政
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三菱重工業株式会社
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    • F04D27/02—Surge control
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02B30/70—Efficient control or regulation technologies, e.g. for control of refrigerant flow, motor or heating

Definitions

  • Centrifugal compressors used in turbo compressors and turbo chillers are known to vibrate violently when the flow rate is reduced while the front-rear differential pressure of the compressor is high. This phenomenon is called surging. Surging not only reduces the efficiency of the compressor, but can also damage the compressor. For this reason, the centrifugal compressor needs to be controlled by a control device that avoids surging.
  • the control for avoiding surging consists of a function of detecting surging and a function of changing the operating conditions of the compressor.
  • the function of changing the operating conditions of the compressor is a function of changing the operating conditions of the compressor from a high differential pressure and a small flow rate to a small differential pressure and a large flow rate.
  • a circulating flow pipe connecting a high-pressure pipe connected to the discharge side of the compressor and a low-pressure pipe connected to the suction side of the compressor is provided, and a fluid such as a refrigerant is provided from the high-pressure pipe to the low-pressure pipe through the circulation flow pipe.
  • a fluid such as a refrigerant
  • the pressure on the discharge side of the compressor decreases, the flow rate of the fluid increases by the amount corresponding to the circulating flow, and surging is avoided.
  • Circulation is not essential, and for example, when the fluid is the atmosphere, it is generally discharged to the atmosphere from the piping on the discharge side of the compressor.
  • the work that corresponds to the circulating flow rate is a loss because it only heats the fluid without being used for its original purpose such as freezing. Therefore, the circulation flow rate is required to be minimized.
  • the detection accuracy of surging is important. Compressor surging is generally detected based on the flow rate of the fluid compressed by the compressor and the discharge pressure of the compressor (or the pressure ratio between the suction side and the discharge side of the compressor) (patented). Document 1). The drive current of the motor may be monitored instead of the fluid flow rate (Patent Document 2).
  • FIG. Illustrated in FIG. 10 is a characteristic curve of the compressor.
  • the vertical axis of the graph of FIG. 10 is the discharge pressure (or compression ratio) of the compressor, and the horizontal axis is the flow rate of the fluid.
  • the surge line L1 shows a boundary line between an operating region where surging occurs and an operating region where surging does not occur in the relationship between the discharge pressure and the flow rate of the compressor.
  • Surging is an abnormal operating condition that occurs when the flow rate of a fluid drops in a compressor. Surging may occur when the operating point of the compressor is in the relationship between the discharge pressure contained in the region on the left side of the surge line L1 and the flow rate, that is, when the flow rate is high (or high differential pressure) and small. Will be higher.
  • the area on the left side of the surge line L1 is called a surging area.
  • the circulation flow rate control valve provided in the circulation flow pipe is opened to reduce the discharge pressure and pressure ratio and increase the fluid flow rate, and surging occurs in the operating conditions.
  • No Surge line L1 Move to the lower right area.
  • the accuracy of the surge line L1 is important in this control. If the surge line L1 is inaccurate, it may be necessary to circulate the fluid by the amount of the error. This cannot reduce the loss of compressor work. The cause of the error will be described.
  • the surge line L2 in FIG. 10 is a surge line that has changed from L1 after the operation time has elapsed due to dirt inside the compressor or the like. Such changes strongly depend on performance deterioration due to compressor operation time, operation history, and the like. Since the surge line L2 cannot be determined in advance without error, the compressor generally allows a loss and operates by opening a circulation flow rate control valve or the like before surging occurs.
  • Patent Document 3 discloses a technique for detecting the occurrence of surging from fluctuations in the discharge pressure and the drive current of the compressor in consideration of the passage of operating time.
  • the frequency and amplitude when the discharge pressure and flow rate (or drive current) fluctuate are not determined solely by the properties of the compressor alone, but also the dimensions of the pipe connected to the compressor and the volume of the container connected to the pipe. It also depends on the temperature and composition of the fluid, the flow control valve of the bypass pipe, and so on. Therefore, it is difficult to set a threshold value for determining the occurrence of surging for fluctuations in discharge pressure and flow rate.
  • Patent Document 2 uses this property to attach a temperature sensor to the suction side of the compressor, monitor the rise in fluid temperature on the suction side resulting from backflow due to surging, and avoid false detection of surging. Is disclosed. However, in the method of Patent Document 2, the occurrence of surging can be detected only after the fluctuation increases to the extent that backflow occurs.
  • the present disclosure provides a control device, a control method, and a program capable of solving the above-mentioned problems.
  • the control device of the present disclosure is a command value to a system including a compressor, and operates the system based on a fluctuation command unit that fluctuates the command value that affects the operating state of the compressor and the command value. Based on the proportional coefficient calculation unit that calculates the proportional coefficient with respect to the command value of the fluctuation of the parameter indicating the state of the compressor or the electric motor that drives the compressor, and the value of the proportional coefficient of the compressor.
  • a control unit that controls avoiding or suppressing surging is provided.
  • the control device of the present disclosure may include a detection unit that detects surging of the compressor based on the value of the proportional coefficient, instead of the control unit.
  • the control method of the present disclosure is a command value to a system including a compressor, and the command value that affects the operating state of the compressor is changed, and the system is operated based on the command value.
  • a proportional coefficient with respect to the command value of the fluctuation of the parameter indicating the state of the compressor or the electric motor driving the compressor is calculated, and control is performed to avoid or suppress surging of the compressor based on the value of the proportional coefficient. ..
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of a refrigeration system according to the first embodiment.
  • the refrigeration system 100 includes a compressor 1, an inlet guide blade 2, a condenser 3, an evaporator 4, pipes P1, P2, P3, a circulation flow pipe P4, and a circulation flow rate adjustment. It includes a valve V1, a pressure gauge G1, a compressor output control device 10, a variable speed drive device 20, an electric motor 30, and a surging control device 40.
  • the pipe P1 connects the discharge side of the compressor 1 and the condenser 3.
  • the pipe P2 connects the condenser 3 and the evaporator 4.
  • the pipe P3 connects the evaporator 4 and the suction side of the compressor 1.
  • the circulation flow pipe P4 connects the pipe P1 and the pipe P3.
  • the circulation flow pipe P4 is provided with a circulation flow rate adjusting valve V1 for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the circulation flow pipe P4.
  • a tachometer for measuring the number of rotations may be attached to the compressor 1 or the electric motor 30.
  • a vibration meter may be attached to the main body of the compressor 1 or the electric motor 30, a rotating shaft, a bearing, or the like.
  • a flow meter for measuring the flow rate of the refrigerant may be attached to the pipe P1 on the discharge side of the compressor 1.
  • a pressure gauge for measuring the pressure of the refrigerant may be provided in the pipe P3 on the suction side of the compressor 1. Further, the sound level meter N1 may be attached to the refrigeration system 100.
  • the compressor 1 compresses the refrigerant and discharges the high temperature and high pressure refrigerant.
  • the compressor 1 is connected to the electric motor 30 and is driven by the electric motor 30.
  • the compressor output control device 10 outputs the rotation speed command value to the compressor 1 to the variable speed drive device (inverter) 20.
  • the rotation speed command value is slightly changed and the response is monitored.
  • the fluctuation of the rotation speed command value is commanded by the surging control device 40.
  • the variable speed drive device 20 supplies a current based on the rotation speed command value to the electric motor 30 to drive the electric motor 30, and the electric motor 30 drives the compressor 1 at the rotation speed based on the rotation speed command value.
  • An inlet guide blade (IGV: inlet guide vane) 2 is provided on the suction side of the compressor 1.
  • the inlet guide blade 2 is controlled by the compressor output control device 10.
  • the compressor output control device 10 outputs the angle command value to the inlet guide blade 2.
  • the inlet guide blade 2 adjusts the angle of the guide blade based on this angle command value, and adjusts the flow rate of the refrigerant sucked into the compressor 1.
  • a pressure gauge V1 is provided in the pipe P1 on the discharge side of the compressor 1, and the pressure gauge G1 measures the refrigerant pressure on the discharge side of the compressor 1.
  • the sound level meter N1 measures noise such as vibration noise and abnormal noise emitted from the compressor 1, the inlet guide blade 2, the pipe P1, and the like.
  • the refrigerant discharged from the compressor 1 is supplied to the condenser 3.
  • the condenser 3 condenses a high-temperature and high-pressure refrigerant.
  • a pipe 11 is connected to the condenser 3, and cooling water is supplied to the pipe 11 from a cooling tower (not shown).
  • the refrigerant exchanges heat with the cooling water flowing through the pipe 11.
  • the refrigerant condenses by dissipating heat to the cooling water.
  • the refrigerant condensed by the condenser 3 is depressurized by an expansion valve (not shown) provided in the pipe P2.
  • the depressurized low-pressure refrigerant is supplied to the evaporator 4.
  • the evaporator 4 evaporates the low pressure refrigerant.
  • a pipe 12 is connected to the evaporator 4, and cold water is supplied to a load (not shown) through the pipe 12.
  • the refrigerant exchanges heat with the cold water flowing through the pipe 12.
  • the refrigerant cools the cold water supplied to the load side, and vaporizes itself by absorbing heat from the cold water.
  • the vaporized gas phase refrigerant is sucked into the compressor 1 after the flow rate is adjusted by the inlet guide blade 2, and is compressed again by the compressor 1.
  • the refrigerant circulates in the refrigerant circuit in this way.
  • the surging control device 40 includes the current value supplied from the variable speed drive device 20 to the electric motor 30, the refrigerant pressure measured by the pressure gauge V1, the rotation speed and vibration of the compressor 1, the vibration of the shaft and the bearing, and the electric motor. Obtain parameters such as rotation speed, current consumption, power consumption, vibration, shaft, vibration of bearing, flow rate of refrigerant, pressure ratio of refrigerant before and after compressor 1, ambient noise, and at least one of these parameters. The response to the fluctuation of the rotation speed command value is monitored to determine the occurrence status of surging. When surging occurs, the surging control device 40 outputs an opening command to the circulation flow rate control valve V1.
  • the circulation flow rate control valve V1 is normally closed, and when surging occurs, it is controlled to open by an opening command from the surging control device 40.
  • the circulation flow rate adjusting valve V1 When the circulation flow rate adjusting valve V1 is opened, a part of the refrigerant discharged by the compressor 1 is sucked into the compressor 1 again through the pipe P1, the circulation flow pipe P4, and the pipe P3.
  • the flow rate of the refrigerant flowing through the compressor 1 increases, the discharge pressure of the compressor 1 decreases (or the pressure difference between the suction side and the discharge side of the compressor 1 decreases), and surging is avoided. ..
  • the surging control device 40 monitors the occurrence status of surging in the compressor 1, and when surging occurs, controls so as to avoid / suppress surging through the opening control of the circulation flow rate adjusting valve V1. ..
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of a control device (compressor output control device 10 and surging control device 40) according to the first embodiment.
  • the compressor output control device 10 includes a rotation speed command unit 101 and an addition unit 102.
  • the rotation speed command unit 101 calculates the rotation speed (referred to as the basic rotation speed) of the compressor 1 according to the load of the refrigeration system 100, and outputs the calculation to the addition unit 102.
  • the addition unit 102 acquires the rotation speed fluctuation command value from the surging control device 40, and adds the rotation speed fluctuation command value to the basic rotation speed.
  • the addition unit 102 outputs the value after addition as the rotation speed command value rn to the variable speed drive device 20.
  • the rotation speed fluctuation command value rn is a value that fluctuates periodically. For example, if the basic rotation speed is 10000 (rpm), the magnitude of the fluctuation amount is about 100 to 200 (rpm).
  • the rotation speed command value rn output by the addition unit 102 is, for example, a value that periodically fluctuates from 9800 to 10200 (rpm).
  • the surging control device 40 includes a rotation speed fluctuation command unit 41, a subtraction unit 42, a fluctuation calculation unit 43, a proportional coefficient calculation unit 44, an opening command value calculation unit 45, and a slow phase compensation unit 46. ..
  • the rotation speed fluctuation command unit 41 calculates the above rotation speed fluctuation command value by, for example, the following equation (1), and outputs it to the compressor output control device 10.
  • a r and br are arbitrary constants
  • t is time
  • T is an arbitrary period.
  • the length of T is, for example, about 10 seconds.
  • the rotation speed fluctuation command value may include harmonics that are integral multiples of the period T, for example, as in the following equation (1A).
  • the fluctuation of the rotation speed command value is a short cycle.
  • a refrigerator or the like using the compressor 1 it takes about 1 minute to appear as a difference in refrigerating capacity after changing the rotation speed command of the compressor 1 due to the influence of the heat capacity of the apparatus. Therefore, if the fluctuation cycle of the rotation speed command value is sufficiently shorter than 1 minute, the fluctuation of the variable number command value does not appear in the refrigerating capacity.
  • the cycle T of the rotation speed command value is set shorter than the response cycle of the equipment in which the compressor 1 is used (for example, 10 seconds).
  • the subtraction unit 42 acquires the parameter of the response to the rotation speed command value rn (in the case of FIG. 2, the rotation speed n of the compressor 1) and the rotation speed command value rn , and calculates the difference between them.
  • the subtraction unit 42 outputs the calculated difference to the fluctuation calculation unit 43.
  • the variation calculation unit 43 calculates the variance by the following equation (2). E is the average.
  • the proportional coefficient calculation unit 44 calculates the proportional coefficient of the response (the rotation speed n of the compressor 1) to the rotation speed command value rn based on the deviation (variance) calculated by the fluctuation calculation unit 43. First, the proportional coefficient calculation unit 44 evaluates the component of the period T from the fluctuation of the rotation speed command value rn of Var ( ⁇ n) by the following equations (3A) and (3B).
  • the moving average value of the integrand is calculated for the time interval T.
  • the load coefficients are all 1 for time in the equations (3A) and (3B).
  • a moving average value may be calculated by adding a load coefficient with respect to time by using a window function such as a Hanning window or a Humming window.
  • the proportional coefficient calculation unit 44 derives the following equation (4) from the equations (3A) and (3B), and calculates the proportional coefficient ⁇ n by the equation (4). If the period T is set sufficiently long with respect to the time scale at which surging grows or disappears, the following equation (4) is a proportional coefficient of the change in the number of revolutions caused by changing the number of revolutions command value in the cycle T. Represents ⁇ n .
  • the fluctuation component having the same cycle as the rotation speed fluctuation cycle T is evaluated, but the present invention is not limited to this.
  • the variable component may be evaluated such that the period is T / 2, T / 3, T / 4, ....
  • Equation (3A) sin ((2 ⁇ / T) t) is used as the coefficient for Var ( ⁇ n), and c Cincinnatis ((2 ⁇ / T) t) is used as the coefficient in the equation (3B). It is essentially important to repeat at T, and can be changed, for example, sgn (sin ((2 ⁇ / T) t)) or sgn (c greeds ((2 ⁇ / T) t)).
  • sgn () is a function in which the sgn value is 1 when the input value is positive, the sgn value is -1 when the input value is negative, and the sgn value is 0 when the input value is 0.
  • the opening command value calculation unit 45 determines the occurrence status of surging based on the proportional coefficient ⁇ n , and calculates the opening command value u RCV1 of the circulation flow rate control valve V1 according to the occurrence status of surging.
  • the opening command value calculation unit 45 includes a function or the like that converts the proportionality coefficient ⁇ n into the opening command value u RCV1 of the circulation flow control valve V1, and is based on this function or the like and the proportionality coefficient ⁇ n .
  • the opening command value u RCV1 of the circulation flow control valve V1 is calculated.
  • FIG. 2 shows an example of the polygonal line function 451 included in the opening command value calculation unit 45. The degree of surging is more severe as the number of revolutions command is lower.
  • the proportional coefficient ⁇ n regarding the fluctuation of the rotation speed becomes a large value on the negative side. Therefore, in principle, it is sufficient to open the circulation flow rate control valve V1 when the proportionality coefficient ⁇ n becomes a large value on the negative side. However, even if the value is positive in practice, the circulation flow rate control valve V1 should be opened when the proportionality coefficient ⁇ n becomes large. Therefore, as shown in the polygonal line function 451 of FIG. 2, the polygonal line changes the circulation flow rate control valve opening command value u RCV1 as the value increases, regardless of whether the proportionality coefficient ⁇ n is positive or negative. It becomes a shape that opens.
  • the slow phase compensation unit 46 determines the opening degree of the circulation flow rate control valve V1 by the late phase compensation.
  • the slow phase compensation unit 46 acquires the circulation flow rate control valve opening command value u RCV1 and performs integral control to calculate the opening command value u RCV of the circulation flow rate control valve V1.
  • the slow phase compensation unit 46 outputs the opening command value u RCV to the circulation flow rate control valve V1.
  • the low frequency component of the opening command value u RCV1 is amplified, and the opening command value u RCV is output to the circulation flow rate control valve V1.
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of the operation of the control device according to the first embodiment.
  • the compressor output control device 10 and the surging control device 40 repeatedly and continuously execute the following processes in a predetermined control cycle during the operation of the compressor 1.
  • the compressor output control device 10 outputs the rotation speed command value to the variable speed drive device 20 (step S11).
  • the rotation speed command unit 101 outputs the basic rotation speed.
  • the rotation speed fluctuation command unit 41 calculates the rotation speed fluctuation command value by the equation (1).
  • the addition unit 102 adds the basic rotation speed and the rotation speed fluctuation command value, and outputs the rotation speed command value to the variable speed drive device 20.
  • the surging control device 40 calculates the proportionality coefficient of the response to the fluctuation of the rotation speed command value (step S12).
  • the fluctuation calculation unit 43 calculates the deviation between the rotation speed command value and the response by the equation (2).
  • the proportional coefficient calculation unit 44 derives the equation (4) by the equations (3A) and (3B), and calculates the proportional coefficient ⁇ n by the equation (4).
  • the proportional coefficient calculation unit 44 outputs the proportional coefficient ⁇ n to the opening command value calculation unit 45.
  • the surging control device 40 evaluates the occurrence status of surging based on the proportionality coefficient k ⁇ n (step S13). For example, the opening command value calculation unit 45 determines that surging has not occurred if the absolute value of the proportional coefficient ⁇ n is less than the threshold value, and determines that surging has occurred if it is greater than or equal to the threshold value. ..
  • the surging control device 40 calculates the opening command value u RCV of the circulation flow rate control valve V1 according to the occurrence state of surging (step S14). For example, if surging does not occur, the opening command value calculation unit 45 calculates a value of 0 or less as the opening command value u RCV1 . If surging has occurred, the opening command value calculation unit 45 calculates the opening command value u RCV1 according to the magnitude of surging (the magnitude of the proportional coefficient). For example, the larger the degree of surging, the larger the opening command value calculation unit 45 calculates the larger opening command value u RCV1 . In the configuration example of FIG. 2, the opening command value calculation unit 45 simultaneously performs the processes of step S13 and step S14 based on the polygonal line function 451.
  • the surging control device 40 controls the opening degree of the circulation flow rate control valve V1 (step S15).
  • the slow phase compensation unit 46 outputs the opening command value u RCV in which the opening command value u RCV1 is delayed phase compensated to the circulation flow rate control valve V1.
  • the compressor output control device 10 outputs a rotation speed command value with periodic fluctuation to the compressor 1.
  • the surging control device 40 acquires the response to the fluctuation of the rotation speed command value, and calculates the relationship between the two (proportional coefficient ⁇ n ).
  • the response of the compressor 1 such as pressure and rotation speed also fluctuates due to factors other than surging. Therefore, in order to accurately detect the response due to surging, in this embodiment, the rotation speed command value that has a particularly strong effect on surging is varied, and the periodic component is extracted from the response of the compressor 1 to the command value (formula).
  • the rotation speed n of the compressor 1 has been described as an example as the response of the compressor 1, but other parameters may be used as the response to the fluctuation of the rotation speed command value.
  • fluctuations in the current value fluctuations in the pressure of the refrigerant discharged by the compressor 1, fluctuations in the pressure ratio of the refrigerant before and after the compressor 1, fluctuations in the flow rate of the refrigerant, vibration of the compressor 1 body, vibration of the shaft and bearing of the compressor 1, Surging control can also be performed using the number of revolutions of the motor 30, the current consumption and power consumption of the motor 30, the vibration of the main body of the motor 30, the vibration of the shaft and the bearing, and the ambient noise.
  • y 1 may be the rotation speed of the compressor 1
  • y 2 may be the discharge pressure
  • y 3 may be the pressure ratio
  • y 4 may be the flow rate.
  • the variation calculation unit 43 calculates the variation (variance) by the following equation (5).
  • the proportional coefficient calculation unit 44 extracts the period T component of the fluctuation by the following equations (6A) and (6B).
  • the proportionality coefficient can be calculated by the following equation (7) from the above equations (6A) and (6B).
  • the proportional coefficient calculation unit 44 calculates the ⁇ yi of the equation (7), and executes surging detection and avoidance control based on the ⁇ yi .
  • the compressor can be operated in a lightly surging state while avoiding surging of the compressor.
  • the operating efficiency of the compressor is improved, and power such as electric power can be saved.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of the control device according to the second embodiment.
  • the surging control device 40A according to the second embodiment includes a rotation speed fluctuation command unit 41, a fluctuation calculation unit 43A, a proportional coefficient calculation unit 44A, an opening command value calculation unit 45A, a delay phase compensation unit 46, and a weight.
  • a sum calculation unit 47A is provided.
  • the proportional coefficient calculation unit 44A calculates the proportional coefficient ⁇ yi by the above equation (7) for each of the parameters.
  • the opening command value calculation unit 45A calculates the opening command value u RCV1i for each of the proportionality coefficients ⁇ yi of each parameter calculated by the proportional coefficient calculation unit 44A.
  • the weighted sum calculation unit 47A calculates the weighted sum for the opening command value u RCV1i of each parameter calculated by the opening command value calculation unit 45A.
  • the slow phase compensation unit 46 calculates the late phase compensated opening command value u RCV for the weighted sum of the opening command value u RCV1i calculated by the weighted sum calculation unit 47A, and sets the opening command value u RCV as the circulation flow control valve. Output to V1.
  • the effect of further improving the reliability can be obtained.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a refrigeration system according to a third embodiment.
  • the refrigeration system 100B includes a low pressure side compressor (LP) 1a and a high pressure side compressor (HP) 1b connected in series.
  • An inlet guide blade (LP) 2a is provided on the suction side of the compressor (LP) 1a, and an inlet guide blade (HP) 2b is provided on the suction side of the compressor (HP) 1b.
  • the compressor output control device 10B outputs individual angle command values to the inlet guide blade (LP) 2a and the inlet guide blade (HP) 2b.
  • the compressor (LP) 1a and the compressor (HP) 1b are provided coaxially and are driven by a common rotation shaft. That is, the compressor (LP) 1a and the compressor (HP) 1b rotate at the same speed.
  • the compressor output control device 10B outputs the rotation speed command values to the compressor (LP) 1a and the compressor (HP) 1b to the variable speed drive device 20, and the electric motor 30 is the compressor (LP) 1a and the compressor.
  • the common rotation axis of 1b is rotationally driven.
  • Other configurations of the refrigeration system 100B are the same as those described with reference to FIG.
  • the discharge pressure measured by the pressure gauge G1 and the flow rate of the refrigerant fluctuate.
  • the compressor (LP) 1a is surging
  • the discharge pressure will fluctuate
  • the compressor (HP) 1b is surging
  • the discharge pressure will fluctuate.
  • the margin for the surge line can be controlled to be even among the compressors, it is effective in avoiding surging when there are multiple compressors.
  • the operating conditions of one compressor may reach the surging region earlier than that of another compressor.
  • the angle command value of the inlet guide blade is changed, and the angle control of the inlet guide blade is performed for each compressor based on the response. Equalize the margin for each compressor's surge line so that one compressor reaches the surge line much faster than the other, and only for that compressor, the (shared) circulation flow control valve V1. Avoid opening.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the control device according to the third embodiment.
  • the compressor output control device 10 includes an angle command unit (LP) 103a, an angle command unit (HP) 103b, an addition unit 104a, a subtraction unit 104b, a subtraction unit 105a, and an addition unit 105b. ..
  • the angle command unit (LP) 103a calculates the angle command value r IGVL to the inlet guide blade (LP) 2a.
  • the angle command unit (HP) 103b calculates the angle command value r IGVH to the inlet guide blade (HP) 2b.
  • the addition unit 104a adds the angle fluctuation command value output by the surging control device 40B to the angle command value to the inlet guide blade (LP) 2a to calculate the angle command value r IGVL (Equation (8A)).
  • the subtracting unit 104b subtracts the angle fluctuation command value output by the surging control device 40B from the angle command value to the inlet guide blade (HP) 2b to calculate the angle command value r IGVH (Equation (8B)).
  • the subtraction unit 105a subtracts the compensation amount u IGV output by the surging control device 40B from the angle command value r IGVL to calculate the angle command value u IGVL (Equation (9A)).
  • u IGVL r IGVL -u IGV ... (9A)
  • the addition unit 105b adds the compensation amount u IGV output by the surging control device 40B to the angle command value r IGVH , and calculates the angle command value u IGVL (Equation (9B)).
  • u IGVH r IGVH + u IGV ... (9B)
  • the rotation speed of the compressor 1 is varied to detect surging
  • the angles of the inlet guide blades 2a and 2b are varied.
  • the rotation speed of the compressor is changed, the operating conditions are changed in the vertical direction of the graph of FIG.
  • the angle of the inlet guide blade is changed, the operating conditions are mainly changed in the lateral direction of the graph.
  • the rotation axes of the compressor (LP) and the compressor (HP) are common, and the operating conditions of each cannot be changed independently by controlling the rotation speed.
  • the angle of the inlet guide blade (LP) and the angle of the inlet guide blade (HP) are changed to change the operating conditions of the compressors 1a and 1b, respectively.
  • the angle command value r IGVL and the angle command value r IGVH are arranged so that the output of the compressor (flow rate when the work or the pressure ratio is equal) increases as the value increases.
  • the surging control device 40B includes an angle fluctuation command unit 41B, a fluctuation calculation unit 43B, a proportional coefficient calculation unit 44B, and a compensation amount calculation unit 48B.
  • the angle fluctuation command unit 41B calculates the above angle fluctuation command value by the following equation (10) and outputs it to the compressor output control device 10B, for example.
  • a IGV and b IGV are arbitrary constants
  • t is time
  • T IGV is an arbitrary period.
  • the angle variation command value may include, for example, harmonics that are integral multiples of the period TGV .
  • the fluctuation of the angle fluctuation command value has a short cycle. If the fluctuation cycle of the angle command value is sufficiently shorter than, for example, 1 minute, the fluctuation of the angle command value does not appear in the refrigerating capacity.
  • the variation calculation unit 43B calculates the variation of the parameter y i .
  • the parameters y i are the number of revolutions of the compressor 1, the current value, the discharge pressure of the compressor 1, the pressure ratio before and after the compressor 1, the flow rate of the refrigerant, the vibration of the main body of the compressor 1, and the shaft and the bearing of the compressor 1. Vibration, the number of revolutions of the electric motor 30, the current consumption and power consumption of the electric motor 30, the vibration of the main body of the electric motor 30, the vibration of the shaft, the bearing, and the like.
  • the variation calculation unit 43B calculates the variation (variance) by the above equation (5).
  • the proportionality coefficient calculation unit 44B calculates the proportionality coefficient of the response to the fluctuation of the angle command value based on the fluctuation (variance) calculated by the fluctuation calculation unit 43B. First, the proportional coefficient calculation unit 44B evaluates the components of the period T by the following equations (11A) and (11B).
  • the proportional coefficient calculation unit 44B derives the following equation (12) from the equations (11A) and (11B), and calculates the proportional coefficient ⁇ IGVyi by the equation (12).
  • the compensation amount calculation unit 48B refers to the inlet guide blade (LP) 2a and the inlet guide blade (HP) 2b according to the degree of approach of the compressor (LP) 1a and the compressor (HP) 1b to the surging line.
  • the compensation amount u IGV of the angle command value is calculated. If the value of the proportionality coefficient ⁇ IGVyi is positive, surging of the compressor (LP) 1a must be dealt with. If the value of the proportionality factor ⁇ IGVyi is negative, surging of the compressor (HP) 1b must be addressed.
  • the compensation amount calculation unit 48B may, for example, use the following equation (13) so as to reduce the work of the compressor (LP) 1a and increase the work of the compressor (HP) 1b. Adjust with a compressor with integral characteristics such as. k IGV is the proportional gain and ⁇ is the constant that determines the band of incomplete integration.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the operation of the control device according to the third embodiment.
  • the compressor output control device 10B and the surging control device 40B repeatedly and continuously execute the following processes in a predetermined control cycle during the operation of the compressor 1.
  • the compressor output control device 10 adds or subtracts a fluctuation amount to the angle command values for the inlet guide blade (LP) 2a and the inlet guide blade (HP) 2b (step S21).
  • the angle command unit (LP) 103a calculates the angle command value u IGVL to the inlet guide blade (LP) 2a
  • the angle command unit (HP) 103b calculates the angle command value to the inlet guide blade (HP) 2b.
  • u IGVH is calculated.
  • the addition unit 104a calculates the angle command value r IGVL by adding the fluctuation amount calculated by the angle fluctuation command unit 41B to the angle command value r IGVL calculated by the angle command unit (LP) 103a.
  • the subtraction unit 104b calculates the angle command value r IGVH obtained by subtracting the fluctuation amount calculated by the angle fluctuation command unit 41B from the angle command value r IGVH calculated by the angle command unit (HP) 103b.
  • the surging control device 40 calculates the proportionality coefficient of the response to the fluctuation of the angle command value output to the inlet guide blade (LP) 2a and the inlet guide blade (HP) 2b (step S22).
  • the variation calculation unit 43B calculates the variation of the response parameter by the equation (5).
  • the proportionality coefficient calculation unit 44B derives the equation (12) by the equations (11A) and (11B), and calculates the proportionality coefficient ⁇ IGVyi by the equation (12).
  • the proportional coefficient calculation unit 44B outputs the proportional coefficient ⁇ IGVyi to the compensation amount calculation unit 48B.
  • the compensation amount calculation unit 48B calculates the compensation amount of the angle command value according to the degree of approach to the surging line (step S23). If the proportionality coefficient ⁇ IGVyi is positive, the compensation amount calculation unit 48B indicates that the compressor (LP) 1a has more work to do. Compensation to reduce the work of the machine (LP) 1a (decrease the angle of the inlet guide blade (LP) 2a) and increase the work of the compressor (HP) 1b (increase the angle of the inlet guide blade (HP) 2b) Calculate the quantity u IGV .
  • the compensation amount calculation unit 48B increases the work of the compressor (LP) 1a (increases the angle of the inlet guide blade (LP) 2a), and the work of the compressor (HP) 1b. (Reduces the angle of the inlet guide blade (HP) 2b) Compensation amount u IGV is calculated.
  • the subtraction unit 105a subtracts the compensation amount u IGV from the angle command value u IGVL calculated in step S21 (Equation (9A)) to calculate the angle command value u IGVL .
  • the addition unit 105b adds the compensation amount u IGV to the angle command value u IGVH (Equation (9B)) to calculate the angle command value u IGVH .
  • the compressor output control device 10B outputs the angle command value u IGVL to the inlet guide blade (LP) 2a.
  • the compressor output control device 10B outputs the angle command value u IGVH to the inlet guide blade (HP) 2b.
  • the present embodiment by equalizing the margin for the surge line of the operating conditions of each compressor 1a and 1b among the compressors, it is possible to avoid a situation where surging occurs only in one compressor. Can be done. As a result, the possibility of avoiding surging can be improved even in the entire refrigeration system 100B.
  • the compensation amount u IGVy may be calculated for each of the plurality of parameters, and the weighted sum of these may be calculated to calculate the final compensation amount u IGV . ..
  • the third embodiment can be combined with the first embodiment or the second embodiment. That is, while changing the rotation speed command value to the compressors 1a and 1b and controlling the opening degree of the circulation flow rate control valve V1, in parallel, the inlet guide blade (LP) 2a and the inlet guide of the third embodiment are controlled.
  • the angle of the blade (HP) 2b can be controlled.
  • the first embodiment to the third embodiment relate to control for detecting the occurrence of surging at an early stage and avoiding surging.
  • the fourth embodiment is for minimizing the opening degree of the compressor when the operating condition of the compressor has already exceeded the surge line and the circulation flow rate control valve V1 is opened for operation.
  • the opening degree of the circulation flow rate control valve which is a means for avoiding surging and is a controlling factor of surging control, is changed, and the proportional coefficient of the response of the compressor 1 to the fluctuation is used. ..
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the control device (surging control device 40C) according to the fourth embodiment.
  • the compressor output control device 10 has the same configuration as that of the first embodiment or the second embodiment.
  • the surging control device 40C includes an opening degree fluctuation command unit 41C, a fluctuation calculation unit 43C, a proportional coefficient calculation unit 44C, an opening degree command value calculation unit 45C, and the like.
  • a slow phase compensation unit 46C, an addition unit 106, and an addition unit 107 are provided.
  • the opening fluctuation command unit 41C calculates the opening fluctuation command value of the circulation flow rate control valve V1 by, for example, the following equation (14).
  • a RCV and b RCV are arbitrary constants, t is time, and T RCV is an arbitrary period.
  • the opening fluctuation command value may include harmonics that are integral multiples of the period T RCV .
  • the addition unit 106 adds the opening fluctuation command value calculated by the opening fluctuation command unit 41C to the opening command value u RCV of the circulation flow rate control valve V1 calculated by the process of the first embodiment or the second embodiment. ..
  • the variation calculation unit 43C calculates the variation of the parameter y i .
  • the variation calculation unit 43C calculates the variation (variance) by the above equation (5).
  • the proportional coefficient calculation unit 44C calculates the proportional coefficient of the response to the variation of the opening command value based on the variation (variance) calculated by the variation calculation unit 43C. First, the proportional coefficient calculation unit 44C evaluates the components of the period T RCV by the following equations (15A) and (15B).
  • the proportional coefficient calculation unit 44B derives the following equation (16) from the equations (15A) and (15B), and calculates the proportional coefficient ⁇ RCVyi by the equation (16).
  • the opening command value calculation unit 45C calculates the opening command value u RCV1 of the circulation flow rate control valve V1 based on the proportional coefficient ⁇ RCVyi .
  • the opening command value calculation unit 45 includes a function or the like that converts the proportional coefficient ⁇ RCVyi into the opening command value u RCV1 of the circulation flow control valve V1, and is based on this function or the like and the proportional coefficient ⁇ n .
  • the opening command value u RCV1 of the circulation flow control valve V1 is calculated.
  • FIG. 8 shows an example of the polygonal line function 452 of the opening command value calculation unit 45. The degree of surging is more severe as the opening command value of the circulation flow rate control valve V1 is smaller.
  • the value is 0 or less until the value of the proportional coefficient ⁇ RCVyi exceeds the threshold value. u Calculate RCV1 . As a result, the opening degree of the circulation flow rate control valve V1 is compensated to be the minimum necessary.
  • the slow phase compensation unit 46 calculates the compensation amount u RCV3 of the circulation flow rate control valve V1 by the late phase compensation, for example, by the following equation (17).
  • the compensation amount u RCV3 is output to the addition unit 107.
  • k RCV is the proportional gain
  • ⁇ is the constant that determines the band of the incomplete integral
  • s is the Laplace operator.
  • the addition unit 107 adds the compensation amount u RCV3 to the opening command value of the circulation flow rate control valve V1 calculated by the addition unit 106, and calculates the final opening command value u RCV2 of the circulation flow rate control valve V1.
  • the surging control device 40 outputs the opening command value u RCV2 to the circulation flow rate control valve V1.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of the operation of the control device according to the fourth embodiment.
  • the circulation flow rate control valve V1 is opened at a predetermined opening.
  • the relationship between the discharge pressure of the compressor 1 or the front-rear pressure ratio of the compressor 1 and the flow rate of the refrigerant belongs to the surging region.
  • the control of the first embodiment or the second embodiment is executed in parallel.
  • the surging control device 40C repeatedly and continuously executes the following processing in a predetermined control cycle while the circulation flow rate control valve V1 is open.
  • the surging control device 40C changes the opening command value to the circulation flow rate control valve V1 (step S31).
  • the opening fluctuation command unit 41C calculates the opening fluctuation command value by the equation (14).
  • the addition unit 106 adds the opening degree fluctuation command value to the opening degree command value u RCV calculated by the control of the first embodiment or the second embodiment.
  • the surging control device 40C calculates the proportionality coefficient of the response to the fluctuation of the opening command value (step S32).
  • the variation calculation unit 43C calculates the variation (variance) of the parameter by the equation (5).
  • the proportionality coefficient calculation unit 44C derives the equation (16) by the equations (15A) and (15B), and calculates the proportionality coefficient ⁇ RCVyi by the equation (16).
  • the proportional coefficient calculation unit 44C outputs the proportional coefficient ⁇ RCVyi to the opening command value calculation unit 45C.
  • the surging control device 40C calculates the compensation amount of the opening command value (step S33).
  • the opening command value calculation unit 45C calculates the opening command value u RCV1 based on the proportional coefficient ⁇ RCVyi and the function 452.
  • the late phase compensation unit 46 calculates the compensation amount u RCV3 by the equation (17).
  • the surging control device 40C controls the opening degree of the circulation flow rate control valve V1 (step S34).
  • the addition unit 107 adds the compensation amount u RCV3 to the opening command value including the fluctuation component calculated in step S31 to calculate the opening command value u RCV2 .
  • the surging control device 40C outputs the opening command value u RCV2 to the circulation flow rate control valve V1.
  • the opening degree of the circulation flow rate control valve V1 can be controlled to the minimum opening degree necessary for suppressing surging when surging occurs, so that the loss of work due to the compressor 1 can be suppressed. Can be done.
  • the fourth embodiment can be combined with the first to third embodiments. For example, by implementing the first embodiment or the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment in combination, the angle and circulation of the inlet guide wing (LP) 2a and the inlet guide wing (HP) 2b It is possible to optimize the flow rate of the refrigerant flowing through the flow pipe P4, avoid surging, and suppress the degree of surging.
  • the cycle T for changing the compressor rotation speed and the inlet guide The values of the period TI GV that changes the blade angle and the period TR CV that changes the circulating flow rate must be different from each other. For example, it is desirable to set the short cycle in order from the one with the fastest response, such as T for 3 seconds, T IGV for 15 seconds, and T RCV for 75 seconds, and set the other cycles to integer multiples of the shortest cycle. ..
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the control device according to each embodiment.
  • the computer 900 includes a CPU 901, a main storage device 902, an auxiliary storage device 903, an input / output interface 904, and a communication interface 905.
  • the compressor output control devices 10, 10B and surging control devices 40, 40A, 40B, 40C described above are mounted on the computer 900.
  • Each of the above-mentioned functions is stored in the auxiliary storage device 903 in the form of a program.
  • the CPU 901 reads a program from the auxiliary storage device 903, expands it to the main storage device 902, and executes the above processing according to the program.
  • the CPU 901 reserves a storage area in the main storage device 902 according to the program.
  • the CPU 901 secures a storage area for storing the data being processed in the auxiliary storage device 903 according to the program.
  • a program for realizing all or part of the functions of the compressor output control devices 10, 10B and the surging control devices 40, 40A, 40B, 40C is recorded on a computer-readable recording medium and recorded on the recording medium.
  • the program may be loaded into a computer system and executed to perform processing by each functional unit.
  • the term "computer system” as used herein includes hardware such as an OS and peripheral devices.
  • the "computer system” shall include the homepage providing environment (or display environment) if the WWW system is used.
  • the "computer-readable recording medium” refers to a portable medium such as a CD, DVD, or USB, or a storage device such as a hard disk built in a computer system.
  • the distributed computer 900 may expand the program to the main storage device 902 and execute the above processing.
  • the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions, and may be further realized for realizing the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system.
  • the control device (compressor output control device 10, 10B, surging control device 40 to 40C) according to the first aspect is a command value to the system (refrigeration system 100) including the compressors 1, 1a and 1b. Therefore, a fluctuation command unit (rotation speed fluctuation command unit 41, angle) that fluctuates the command values (rotation speed, IGV opening degree, circulation flow rate control valve opening degree) that affect the operating state of the compressors 1, 1a and 1b. Fluctuation command unit 41B, opening variation command unit 41C) and the command value of parameter fluctuation indicating the state of the compressor or the electric motor 30 for driving the compressor when the system is operated based on the command value.
  • a fluctuation command unit rotation speed fluctuation command unit 41, angle
  • Fluctuation command unit 41B, opening variation command unit 41C and the command value of parameter fluctuation indicating the state of the compressor or the electric motor 30 for driving the compressor when the system is operated based on the command value.
  • Proportional coefficient calculation units 44, 44A, 44B, 44C for calculating the proportionality coefficient with respect to the compressor, and a control unit (slow phase compensation unit 46, which controls to avoid or suppress surging of the compressor based on the value of the proportionality coefficient.
  • a control unit slow phase compensation unit 46, which controls to avoid or suppress surging of the compressor based on the value of the proportionality coefficient.
  • 46B a subtraction unit 105a, an addition unit 105b, an addition unit 107.
  • the command value that affects the operating state of the compressor is fluctuated, the response is measured, and the proportional coefficient of the measured parameter fluctuation to the command value fluctuation is calculated.
  • control is performed to shift the operating state of the compressor to an operating point that avoids surging according to the magnitude of the proportionality coefficient.
  • surging can be avoided immediately even if surging is likely to occur, and surging can be quickly suppressed even when surging occurs.
  • the control device (compressor output control device 10, surging control device 40A) according to the second aspect is the control device of (1), and the proportional coefficient calculation unit 44A is used for each of the plurality of parameters.
  • the proportional coefficient is calculated, and the control unit controls to avoid or suppress surging of the compressor based on the values of the plurality of proportional coefficients. By controlling surging avoidance based on a plurality of parameters, the reliability of the control can be improved.
  • the control devices (compressor output control device 10, surging control devices 40 to 40A) according to the third aspect are the control devices of (1) to (2), and the command value is the compressor.
  • the fluctuation command unit periodically changes the rotation rate command value
  • the proportional coefficient calculation unit periodically changes the rotation rate command value.
  • the coefficient is calculated, and the control unit controls to increase the flow rate of the fluid sucked and discharged by the compressor according to the magnitude of the proportional coefficient.
  • the control devices (compressor output control devices 10, 10B, surging control devices 40 to 40B) according to the fourth aspect are the control devices of (1) to (3), and the system is a plurality of control devices.
  • the compressor is provided, and each compressor is provided with an inlet guide wing that controls the flow rate of the fluid sucked by the compressor.
  • the command value is an angle command value of the inlet guide wing, and the fluctuation command is given.
  • the unit periodically changes the angle command value, the proportional coefficient calculation unit calculates the proportional coefficient when the angle command value is periodically changed, and the control unit calculates the proportional coefficient of the proportional coefficient.
  • Control is performed to adjust the angle command value for each of the inlet guide blades so that the work burdened by the plurality of compressors is equalized according to the size.
  • the control device compressor output control device 10, 10B, surging control device 40 to 40B
  • the control device of (4) and the control unit of the plurality of compressors.
  • Subtraction unit 105a, addition unit 105b changes the inlet guide blade provided in the compressor, which is less likely to cause surging, so that the work borne by the compressor increases.
  • the IGV opening degree of the compressor in which surging is less likely to occur is increased. As a result, the load between the compressors can be made uniform, and the margin with the surge line can be made uniform.
  • the control devices (compressor output control devices 10, 10B, surging control devices 40 to 40C) according to the sixth aspect are the control devices of (1) to (5), and the command value is the above-mentioned. It is an opening command value of a flow rate control valve provided in a pipe connecting the suction side and the discharge side of the compressor, and the fluctuation command unit periodically changes the opening command value to calculate the proportional coefficient. The unit calculates the proportional coefficient when the opening command value of the flow rate control valve is periodically changed, and the control unit adjusts the opening command value according to the magnitude of the proportional coefficient. Control.
  • surging occurs, the flow control valve provided in the pipe connecting the suction side and the discharge side of the compressor is opened to control the suppression of surging. During this control, the opening of the flow control valve is changed.
  • the opening degree of the flow rate control valve can be optimized. For example, the opening degree of the flow rate control valve can be minimized.
  • the control device is the control device of (6), and the discharge pressure of the compressor or the front-rear pressure ratio of the compressor and the fluid sucked and discharged by the compressor.
  • the process according to (6) is performed when the relationship between the flow rate and the flow rate is such that a predetermined surging is likely to occur (the relationship between the regions on the left side of the surge line L1 in FIG. 10). By performing the process according to (6) under the operating conditions where surging occurs, the opening degree of the flow rate control valve can be quickly optimized.
  • the control devices (compressor output control devices 10, 10B, surging control devices 40 to 40C) according to the eighth aspect are the control devices of (1) to (7), and the parameters are the compression.
  • the number of revolutions of the motor, the vibration of the motor, the current flowing through the motor, the power consumed by the motor, and the ambient noise Since the control methods described in (1) to (7) can be carried out using the various parameters described above, parameters that are easy to measure can be used.
  • the control device is a command value to a system including a compressor, and has a fluctuation command unit that fluctuates the command value that affects the operating state of the compressor, and the command value.
  • a proportional coefficient calculation unit that calculates the proportional coefficient for the command value of the fluctuation of the parameter indicating the state of the compressor or the electric motor that drives the compressor when the system is operated, and the value of the proportional coefficient.
  • a detection unit opening command value calculation unit 45 to 45C) for detecting surging of the compressor is provided.
  • the command value that affects the operating state of the compressor is fluctuated, the response is measured, and the proportional coefficient of the measured parameter fluctuation to the command value fluctuation is calculated. Then, the occurrence of surging is detected based on the magnitude of the proportionality coefficient. This makes it possible to detect the occurrence of surging early and reliably.
  • the control method is a command value to a system including a compressor, the command value that affects the operating state of the compressor is varied, and the system is based on the command value. Calculates the proportional coefficient with respect to the command value of the fluctuation of the parameter indicating the state of the compressor or the electric motor driving the compressor when the compressor is operated, and avoids surging of the compressor based on the value of the proportional coefficient. Alternatively, control is performed to suppress it.
  • the program according to the eleventh aspect is based on the command value by varying the command value to the system including the compressor, which affects the operating state of the compressor, in the computer 900.
  • the proportional coefficient of the fluctuation of the parameter indicating the state of the compressor or the electric motor driving the compressor when the system is operated is calculated with respect to the command value, and the compressor of the compressor is based on the value of the proportional coefficient. Executes a process that controls avoiding or suppressing surging.

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Abstract

圧縮機(1)のサージングを回避する機能を備える制御装置を提供する。制御装置(40)は、圧縮機(1)を含むシステム(100)への指令値であって、前記圧縮機(1)の運転状態に影響する前記指令値を変動させる変動指令部(41)と、前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機(1)または前記圧縮機(1)を駆動する電動機(30)の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する前記パラメータの変動の比例係数を算出する比例係数算出部(44)と、前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機(1)のサージングを回避または抑制する制御を行う制御部と、を備える。

Description

制御装置、制御方法およびプログラム
　本開示は、制御装置、制御方法およびプログラムに関する。本開示は、２０２０年１１月２７日に、日本に出願された特願２０２０－１９６８９１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　ターボ圧縮機やターボ冷凍機に用いられる遠心圧縮機は、圧縮機の前後差圧が高い状態で流量を小さくすると激しく振動することが知られている。この現象は，サージングと呼ばれている。サージングが発生すると、圧縮機の効率が低下するだけではなく、圧縮機が損傷する可能性がある。このため、遠心圧縮機は、サージングを回避する制御装置によって制御される必要がある。サージングを回避する制御は、サージングを検知する機能と、圧縮機の運転条件を変更する機能の２つからなる。圧縮機の運転条件を変更する機能とは、圧縮機の運転条件を高差圧かつ小流量から、小差圧かつ大流量に変更する機能である。例えば、圧縮機の吐出側に接続された高圧配管と、圧縮機の吸入側に接続された低圧配管を接続する循環流配管を設け、高圧配管から循環流配管を通じて低圧配管への冷媒等の流体の循環流量を増やす。これにより，圧縮機の吐出側圧力が低下し、循環流に相当する分だけ流体の流量が増加して、サージングが回避される。循環は必須でなく、例えば、流体が大気の場合は、圧縮機の吐出側の配管から大気に放出することが一般的である。
　圧縮機が流体に対して成す仕事のうち、循環流量に相当する仕事は、冷凍などの本来の目的に使われることなく、流体を熱するだけなので損失である。このため、循環流量は必要最小限とすることが求められる。循環流量を必要最小限とするためには、まず、サージングの検知精度が重要である。圧縮機のサージングの検知は、圧縮機が圧縮する流体の流量と圧縮機の吐出圧力（または圧縮機の吸入側と吐出側の圧力比）とに基づいて行われることが一般的である（特許文献１）。流体流量の代わりにモータの駆動電流を監視してもよい（特許文献２）。
　ここで、図１０を参照する。図１０に例示するのは、圧縮機の特性曲線である。図１０のグラフの縦軸は圧縮機の吐出圧力（または圧縮比）、横軸は流体の流量である。サージラインＬ１は、圧縮機の吐出圧力と流量との関係におけるサージングが発生する運転領域とサージングが発生しない運転領域との境界線を示している。サージングは、圧縮機にて流体の流量が低下したときに生じる異常な運転状態である。圧縮機の作動点が、サージラインＬ１の左側の領域に含まれる吐出圧力と流量の関係にあるとき、つまり、高圧（または高差圧）かつ小流量となったときにサージングが発生する可能性が高くなる。サージラインＬ１の左側の領域をサージング領域と呼ぶ。圧縮機の運転条件がサージング領域に突入したときには、循環流配管に設けた循環流量調節弁を開いて、吐出圧力や圧力比を下げるとともに流体の流量を増大させて、運転条件を、サージングが発生しないサージラインＬ１右下の領域に移行させる。
　この制御においてサージラインＬ１の精度が重要である。サージラインＬ１が不正確だと、その誤差の分だけ余計に流体を循環させなければならなくなる可能性がある。これでは圧縮機仕事の損失を減らすことはできない。誤差の原因について述べる。図１０のサージラインＬ２は、圧縮機内部の汚れなどにより、運転時間が経過したあとにＬ１から変化したサージラインである。このような変化は、圧縮機の運転時間や運転履歴などによる性能劣化に強く依存する。サージラインＬ２を予め誤差なく定めることはできないから、一般的に圧縮機は損失を許容し、サージングが発生する手前で循環流量調節弁などを開いて運転をしている。サージラインＬ２の誤差への対応として、例えば、特許文献３には、吐出圧力と圧縮機の駆動電流の変動から、運転時間の経過を考慮して、サージングの発生を検知する技術が開示されている。しかし，吐出圧力や流量（または駆動電流）が変動するときの周波数や振幅は、圧縮機単体の性質だけから決まるわけではなく、圧縮機に接続された配管の寸法、配管に接続する容器の体積、流体の温度や組成、バイパス配管の流量調整弁などにも依存する。このため、吐出圧力や流量の変動について、サージング発生を判定する閾値を定めることは困難である。
　通常、圧縮機の吸入側では、流体は圧縮機の仕事を受けず、吐出側の流体が圧縮機の仕事を受けた流体である。その結果、圧縮機の吸入側の流体の温度は吐出側より低い。しかし、サージングが発生すると、流体の流れが変動し、圧縮機の仕事を受けた流体が吸入側へ逆流するような現象が生じる。すると、圧縮機の吸入側において、流体の温度上昇が生じる。特許文献２には、この性質を利用し、圧縮機の吸入側に温度センサを取り付け、サージングによる逆流の結果として生じる吸入側の流体温度の上昇を監視して、サージングの誤検知を回避する技術が開示されている。しかし、特許文献２の方法では、逆流が生じる程度に変動が増えてからしかサージングの発生を検知することができない。
特開昭６２－１９５４９２号公報 日本国特許第４１９１５６０号公報 国際公開第２０１３／０５１５５９号
　サージングが軽微な段階で確実にサージングを検知し対処する技術が求められている。
　本開示は、上述の課題を解決することのできる制御装置、制御方法およびプログラムを提供する。
　本開示の制御装置は、圧縮機を含むシステムへの指令値であって、前記圧縮機の運転状態に影響する前記指令値を変動させる変動指令部と、前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出する比例係数算出部と、前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う制御部と、を備える。又は、本開示の制御装置は、前記制御部に替えて、前記比例係数の値に基づいて前記圧縮機のサージングを検知する検知部を備えていてもよい。
　本開示の制御方法は、圧縮機を含むシステムへの指令値であって、前記圧縮機の運転状態に影響する前記指令値を変動させ、前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出し、前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う。
　本開示のプログラムは、コンピュータに、圧縮機を含むシステムへの指令値であって、前記圧縮機の運転状態に影響する前記指令値を変動させ、前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出し、前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う処理、を実行させる。
　上記した制御装置、制御方法およびプログラムによれば、早期かつ確実にサージングを検知し対処することができる。
第一実施形態に係る冷凍システムの一例を示す図である。 第一実施形態に係る制御装置の一例を示す図である。 第一実施形態に係る制御装置の動作の一例を示す図である。 第二実施形態に係る制御装置の一例を示す図である。 第三実施形態に係る冷凍システムの一例を示す図である。 第三実施形態に係る制御装置の一例を示す図である。 第三実施形態に係る制御装置の動作の一例を示す図である。 第四実施形態に係る制御装置の一例を示す図である。 第四実施形態に係る制御装置の動作の一例を示す図である。 サージングラインについて説明する図である。 各実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
　以下、各実施形態に係るサージングの制御について、図１～図１１を参照しながら詳しく説明する。
＜第一実施形態＞
（冷凍システムの構成）
　図１は、第一実施形態に係る冷凍システムの一例を示す図である。
　図１に示すように、冷凍システム１００は、圧縮機１と、入口案内翼２と、凝縮器３と、蒸発器４と、配管Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３と、循環流配管Ｐ４と、循環流量調整弁Ｖ１と、圧力計Ｇ１と、圧縮機出力制御装置１０と、可変速駆動装置２０と、電動機３０と、サージング制御装置４０と、を備える。配管Ｐ１は、圧縮機１の吐出側と凝縮器３を接続する。配管Ｐ２は、凝縮器３と蒸発器４を接続する。配管Ｐ３は、蒸発器４と圧縮機１の吸入側とを接続する。循環流配管Ｐ４は、配管Ｐ１と配管Ｐ３を接続する。循環流配管Ｐ４には、循環流配管Ｐ４を流れる冷媒の流量を調整するための循環流量調整弁Ｖ１が設けられている。圧縮機１や電動機３０には回転数を計測する回転計が取り付けられていてもよい。圧縮機１や電動機３０の本体、回転軸または軸受け等に振動計が取り付けられていてもよい。圧縮機１の吐出側の配管Ｐ１に冷媒の流量を計測する流量計が取り付けられていてもよい。圧力比を監視するために、圧縮機１の吸入側の配管Ｐ３に冷媒の圧力を計測する圧力計が設けられていてもよい。さらに、冷凍システム１００に騒音計Ｎ１が取り付けられていてもよい。
　圧縮機１は、冷媒を圧縮し、高温高圧の冷媒を吐出する。圧縮機１は電動機３０と接続されており、電動機３０によって駆動される。圧縮機出力制御装置１０は、圧縮機１への回転数指令値を可変速駆動装置（インバータ）２０へ出力する。後述するように、本実施形態では、サージングの発生を検知するために、回転数指令値をわずかに変動させ、その応答を監視する。回転数指令値の変動は、サージング制御装置４０によって指令される。可変速駆動装置２０は、回転数指令値に基づく電流を電動機３０に供給して電動機３０を駆動し、電動機３０は、回転数指令値に基づく回転数で圧縮機１を駆動する。圧縮機１の吸込側には、入口案内翼（ＩＧＶ：inlet guide vane）２が設けられている。入口案内翼２は、圧縮機出力制御装置１０によって制御される。圧縮機出力制御装置１０は、角度指令値を入口案内翼２へ出力する。入口案内翼２は、この角度指令値に基づいて、案内翼の角度を調整し、圧縮機１へ吸入される冷媒の流量を調整する。圧縮機１の吐出側の配管Ｐ１には、圧力計Ｖ１が設けられており、圧力計Ｇ１は、圧縮機１の吐出側の冷媒圧力を計測する。騒音計Ｎ１は、圧縮機１、入口案内翼２、配管Ｐ１などから発される振動音や異音などの騒音を計測する。
　圧縮機１が吐出した冷媒は、凝縮器３へ供給される。凝縮器３は、高温高圧の冷媒を凝縮させる。凝縮器３には、配管１１が接続されており、配管１１には、図示しない冷却塔から冷却水が供給される。凝縮器３において、冷媒は、配管１１を流れる冷却水との間で熱交換を行う。冷媒は冷却水へ放熱することによって凝縮する。凝縮器３によって凝縮された冷媒は、配管Ｐ２に設けられた膨張弁（図示せず）によって減圧される。減圧された低圧冷媒は、蒸発器４へ供給される。蒸発器４は、低圧冷媒を蒸発させる。蒸発器４には、配管１２が接続されており、配管１２を通じて、図示しない負荷に冷水を供給する。蒸発器４において、冷媒は、配管１２を流れる冷水との間で熱交換を行う。冷媒は、負荷側へ供給される冷水を冷やし、自身は冷水から吸熱することによって気化する。気化した気相冷媒は、入口案内翼２で流量調整された後に圧縮機１へ吸入され、圧縮機１によって再び圧縮される。冷媒は、このようにして冷媒回路中を循環する。
　サージング制御装置４０は、可変速駆動装置２０から電動機３０へ供給される電流値と、圧力計Ｖ１が計測した冷媒圧力、または、圧縮機１の回転数、振動、軸と軸受けの振動、並びに電動機の回転数、消費電流、消費電力、振動、軸、軸受けの振動、冷媒の流量、圧縮機１前後の冷媒の圧力比、周囲の騒音などのパラメータを取得し、これらのパラメータのうち少なくとも１つについて、回転数指令値変動に対する応答を監視して、サージングの発生状況を判定する。サージングが発生すると、サージング制御装置４０は、循環流量調節弁Ｖ１へ開度指令を出力する。例えば、循環流量調節弁Ｖ１は普段は閉とされており、サージングが発生すると、サージング制御装置４０からの開度指令により、開へ制御される。循環流量調整弁Ｖ１が開となると、圧縮機１が吐出した冷媒の一部は、配管Ｐ１、循環流配管Ｐ４、配管Ｐ３を通って再び圧縮機１に吸入される。これにより、圧縮機１を流れる冷媒流量が増大し、圧縮機１の吐出圧力が低下し（または、圧縮機１の吸入側と吐出側の冷媒の圧力差が低下し）、サージングが回避される。このようにして、サージング制御装置４０は、圧縮機１におけるサージングの発生状況を監視し、サージングが発生すると、循環流量調整弁Ｖ１の開度制御を通じて、サージングを回避・抑制するように制御を行う。
（制御装置の構成）
　次に、図２を参照して、第一実施形態のサージング制御について詳しく説明する。
　図２は、第一実施形態に係る制御装置（圧縮機出力制御装置１０およびサージング制御装置４０）の一例を示す図である。
　圧縮機出力制御装置１０は、回転数指令部１０１と加算部１０２とを備えている。
　回転数指令部１０１は、冷凍システム１００の負荷に応じた圧縮機１の回転数（基本回転数と呼ぶ。）を算出し、加算部１０２へ出力する。
　加算部１０２は、サージング制御装置４０から回転数変動指令値を取得し、回転数変動指令値を基本回転数に加算する。加算部１０２は、加算後の値を回転数指令値ｒｎとして可変速駆動装置２０へ出力する。次に説明するように、回転数変動指令値ｒｎは、周期的に変動する値である。例えば、基本回転数が１００００（ｒｐｍ）であれば、変動量の大きさは、１００～２００（ｒｐｍ）程度である。加算部１０２が出力する回転数指令値ｒｎは、例えば、９８００～１０２００（ｒｐｍ）を周期的に変動する値である。
　サージング制御装置４０は、回転数変動指令部４１と、減算部４２と、変動算出部４３と、比例係数算出部４４と、開度指令値算出部４５と、遅相補償部４６と、を備える。
　回転数変動指令部４１は、例えば、以下の式（１）によって、上記の回転数変動指令値を算出し、圧縮機出力制御装置１０へ出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ａｒ、ｂｒは任意の定数、ｔは時間、Ｔは任意の周期である。Ｔの長さは、例えば、１０秒程度である。回転数変動指令値は、例えば、以下の式（１Ａ）のように周期Ｔの整数倍の高調波を含んでもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　回転数指令値の変動は短周期であることが望ましい。圧縮機１を利用する冷凍機などでは、装置の熱容量の影響で圧縮機１の回転数指令を変更後、冷凍能力の違いとなって表れるまでに１分程度の時間がかかる。したがって、回転数指令値の変動周期が１分より充分に短ければ、可変数指令値の変動が冷凍能力には表れない。このような観点に基づき，回転数指令値の周期Ｔは、圧縮機１が使用される設備の応答周期よりも短く設定する（例えば、１０秒）。
　減算部４２は、回転数指令値ｒｎに対する応答のパラメータ（図２の場合、圧縮機１の回転数ｎ）と、回転数指令値ｒｎを取得して、これらの差分を計算する。減算部４２は、計算した差分を変動算出部４３へ出力する。
　変動算出部４３は、圧縮機１の回転数ｎと、回転数指令値ｒｎの偏差を算出する。圧縮機１の運転が整定状態にあれば，圧縮機１の回転数ｎは，圧縮機１の回転数指令値ｒｎに一致する。しかし、サージングが発生すると、圧縮機の回転数は変動し、指令値に対して偏差Δｎ＝ｒｎ－ｎを持つようになる。偏差Δｎの大きさは、例えば、分散で計ることができる。変動算出部４３は、次式（２）によって分散を算出する。Ｅは平均である。分散は一例であり、変動として偏差Δｎを直接用いても良いし、さらにフーリエ変換などの手段によりΔｎに含まれる特定の周波数帯域の振幅を用いてもよい。または、回転数ｎの平均値との偏差を用いても良い。これは他の実施形態でも同じである。
　Ｖａｒ（Δｎ）　＝　Ｅ（（Δｎ－Ｅ（Δｎ））２)　　・・・（２）
　比例係数算出部４４は、変動算出部４３が算出した偏差（分散）に基づいて、回転数指令値ｒｎに対する応答（圧縮機１の回転数ｎ）の比例係数を算出する。まず、比例係数算出部４４は、Ｖａｒ（Δｎ）の回転数指令値ｒｎの変動から周期Ｔの成分を次式（３Ａ）、（３Ｂ）で評価する。
　式（３Ａ）、（３Ｂ）では、時間間隔Ｔについて、被積分関数の移動平均値が計算される。移動平均計算において、式（３Ａ）、（３Ｂ）で時間について荷重係数は全て１である。しかし、例えば、ハニング窓やハミング窓などの窓関数を用いて、時間について荷重係数をつけて移動平均値を算出してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　そして、比例係数算出部４４は、式（３Ａ）、（３Ｂ）から次式（４）を導き、式（４）によって、比例係数κｎを算出する。周期Ｔをサージングが成長または消滅する時間スケールに対して十分に長く設定すれば、次式（４）は、回転数指令値を周期Ｔで変動させたことにより生じた回転数の変動の比例係数κｎを表している。式（３Ａ）、（３Ｂ）では、基本形として、回転数変動周期Ｔと同じ周期の変動成分を評価するようあらわしているが、これに限らない。例えば、変形例として、周期がＴ／２、Ｔ／３、Ｔ／４、…、のように、変動の成分を評価しても良い。さらに、式（３Ａ）、では、Ｖａｒ（Δｎ）にｓｉｎ（(２π／Ｔ）t）を，式（３Ｂ）ではｃоｓ（(２π／Ｔ）t）を係数としているが、係数の値が周期Ｔで繰り返すことが本質的に重要であり，たとえば、ｓｇｎ（ｓｉｎ（(２π／Ｔ）t）)、またはｓｇｎ（ｃоｓ（(２π／Ｔ）t）)のように変更することもできる。ここで、ｓｇｎ（）は、入力の値が正のときにはｓｇｎの値が１、負のときはｓｇｎの値が－１、０のときにはｓｇｎの値が０となる関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　開度指令値算出部４５は、比例係数κｎに基づいて、サージングの発生状況を判定し、サージングの発生状況に応じた循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値ｕＲＣＶ１を算出する。例えば、開度指令値算出部４５は、比例係数κｎを循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値ｕＲＣＶ１に変換する関数等を備えており、この関数等と比例係数κｎとに基づいて、循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値ｕＲＣＶ１を算出する。開度指令値算出部４５が有する折れ線関数４５１の例を図２に示す。サージングの程度は回転数指令が低いほど激しい。よって、運転条件がサージラインに接近すると、回転数の変動に関する比例係数κｎは負側に大きな値となる。従って、原則では比例係数κｎが負側に大きな値となることをもって循環流量調節弁Ｖ１を開くことで十分である。しかし、実用上は値が正であったとしても、比例係数κｎが大きくなれば循環流量調節弁Ｖ１を開くべきである。したがって、折れ線は、図２の折れ線関数４５１に示すように，比例係数κｎの正負によらず、値が大きくなれば循環流量調節弁開度指令値ｕＲＣＶ１を変更して循環流量調節弁Ｖ１を開くような形状となる。
　遅相補償部４６は、比例係数κｎの大きさがサージングの受容限度を超えたときには遅相補償により循環流量調節弁Ｖ１の開度を定める。遅相補償部４６は、循環流量調節弁開度指令値ｕＲＣＶ１を取得して積分制御を行って、循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値ｕＲＣＶを算出する。遅相補償部４６は、開度指令値ｕＲＣＶを循環流量調節弁Ｖ１へ出力する。これにより、開度指令値ｕＲＣＶ１の低周波数成分を増幅して、開度指令値ｕＲＣＶが循環流量調節弁Ｖ１へ出力される。
（制御装置の動作）
　次に図２、図３を参照して、サージングの検知およびサージングに対処する制御について説明する。
　図３は、第一実施形態に係る制御装置の動作の一例を示す図である。
　圧縮機出力制御装置１０とサージング制御装置４０は、圧縮機１の運転中、以下の処理を所定の制御周期で繰り返し継続して実行する。
　まず、圧縮機出力制御装置１０が、回転数指令値を可変速駆動装置２０へ出力する（ステップＳ１１）。回転数指令部１０１は、基本回転数を出力する。回転数変動指令部４１が、式（１）によって回転数変動指令値を算出する。加算部１０２は、基本回転数と回転数変動指令値を加算して、回転数指令値を可変速駆動装置２０へ出力する。
　次に、サージング制御装置４０は、回転数指令値の変動に対する応答の比例係数を算出する（ステップＳ１２）。まず、変動算出部４３が、式（２）により、回転数指令値と応答との偏差を算出する。次に比例係数算出部４４が、式（３Ａ）、（３Ｂ）により、式（４）を導き、式（４）により比例係数κｎを算出する。比例係数算出部４４は、比例係数κｎを開度指令値算出部４５へ出力する。
　次に、サージング制御装置４０は、比例係数κｎに基づいて、サージングの発生状況を評価する（ステップＳ１３）。例えば、開度指令値算出部４５は、比例係数κｎの絶対値が閾値未満であれば、サージングが発生していないと判定し、閾値以上であれば、サージングが発生していると判定する。
　次に、サージング制御装置４０は、サージングの発生状況に応じた循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値ｕＲＣＶを算出する（ステップＳ１４）。例えば、サージングが発生していなければ、開度指令値算出部４５は、開度指令値ｕＲＣＶ１として０以下の値を算出する。サージングが発生していれば、開度指令値算出部４５は、サージングの大きさ（比例係数の大きさ）に応じた開度指令値ｕＲＣＶ１を算出する。例えば、サージングの程度が大きい程、開度指令値算出部４５は、大きな開度指令値ｕＲＣＶ１を算出する。
　図２の構成例では、開度指令値算出部４５が、折れ線関数４５１に基づいて、ステップＳ１３とステップＳ１４の処理を同時に行っている。
　次に、サージング制御装置４０は、循環流量調節弁Ｖ１の開度制御を行う（ステップＳ１５）。例えば、遅相補償部４６は、開度指令値ｕＲＣＶ１を遅相補償した開度指令値ｕＲＣＶを循環流量調節弁Ｖ１へ出力する。
　上記説明したように、本実施形態によれば、圧縮機出力制御装置１０が圧縮機１に対して周期的な変動を伴う回転数指令値を出力する。サージング制御装置４０は、回転数指令値の変動に対する応答を取得し、両者の関係（比例係数κｎ）を算出する。圧力や回転数などの圧縮機１の応答は，サージング以外の要因でも変動する。従って，サージングによる応答を精度よく検知するために、本実施例ではサージングに特に強い影響を及ぼす回転数指令値を変動させ，それに対する圧縮機１の応答の中から周期成分を抽出して（式（３Ａ）、式（３Ｂ））応答の大きさを評価し（式（４））、応答の大きさに基づいてサージングの発生を判定する。この方法であれば、圧縮機１に接続された配管Ｐ１、Ｐ３等の寸法、冷媒の温度や組成、循環流配管Ｐ４の循環流量調整弁Ｖ１などの影響を除外して、精度よくサージングの発生を検知することができる。サージングの発生を判定する為の閾値を適切に設定することにより、迅速にサージングの発生を検知することができる。
　上記実施例では、圧縮機１の応答として圧縮機１の回転数ｎを例に挙げて説明を行ったが、回転数指令値の変動に対する応答として他のパラメータを用いてもよい。例えば、電流値変動、圧縮機１が吐出する冷媒の圧力変動、圧縮機１前後の冷媒の圧力比変動、冷媒の流量変動、圧縮機１本体の振動、圧縮機１の軸と軸受けの振動、電動機３０の回転数、電動機３０の消費電流や消費電力、電動機３０本体の振動、軸、軸受けの振動、周囲の騒音を用いてサージング制御を行うことも可能である。表記を簡単化するために、サージング制御に利用する計測値をｙｉ・・・、（ｉ＝１，２，３・・・）と記す。例えば、ｙ１は圧縮機１の回転数、ｙ２は吐出圧力、ｙ３は圧力比、ｙ４は流量であってもよい。このとき変動算出部４３は、以下の式（５）で変動（分散）を算出する。
　Ｖａｒ（ｙｉ）　＝　Ｅ（（Δｙｉ－Ｅ（Δｙｉ））２)、ｉ＝1，2，3…　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（５）
　比例係数算出部４４は、以下の式（６Ａ）、（６Ｂ）により、変動の周期Ｔ成分を抽出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　比例係数は、上記の式（６Ａ）、（６Ｂ）より、次式（７）で算出することができる。比例係数算出部４４は、式（７）のκｙｉを算出し、κｙｉに基づいてサージングの検知および回避制御を実行する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　本実施形態によれば、圧縮機のサージングを回避しつつ、軽度にサージングした状態で圧縮機を運転することができる。これにより，圧縮機の運転効率が改善され、電力などの動力を節約することができる。
＜第二実施形態＞
（制御装置の構成）
　以下、本発明の第二実施形態によるサージング制御について図４を参照して説明する。
　図４は、第二実施形態に係る制御装置の一例を示す図である。
　本発明の第二実施形態に係る構成のうち、本発明の第一実施形態に係る圧縮機出力制御装置１０およびサージング制御装置４０を構成する機能部と同じものには同じ符号を付し、それらの説明を省略する。第二実施形態に係るサージング制御装置４０Ａは、回転数変動指令部４１と、変動算出部４３Ａと、比例係数算出部４４Ａと、開度指令値算出部４５Ａと、遅相補償部４６と、加重和算出部４７Ａと、を備える。
　変動算出部４３Ａは、複数のパラメータｙｉ（ｉ＝１，２，３・・・）を取得し、各パラメータのそれぞれについて、上記の式（５）により変動を算出する。
　比例係数算出部４４Ａは、各パラメータのそれぞれについて、上記の式（７）により比例係数κｙｉを算出する。
　開度指令値算出部４５Ａは、比例係数算出部４４Ａが算出した各パラメータの比例係数κｙｉのそれぞれについて、開度指令値ｕＲＣＶ１ｉを算出する。
　加重和算出部４７Ａは、開度指令値算出部４５Ａが算出した各パラメータの開度指令値ｕＲＣＶ１ｉについて、加重和を算出する。
　遅相補償部４６は、加重和算出部４７Ａが算出した開度指令値ｕＲＣＶ１ｉの加重和について遅相補償した開度指令値ｕＲＣＶを算出し、開度指令値ｕＲＣＶを循環流量調節弁Ｖ１へ出力する。
　動作については、複数のパラメータを監視対象とし、パラメータごとの開度指令値ｕＲＣＶｉの加重和を用いる点を除けば、第一実施形態と同様である。
　つまり、まず、圧縮機出力制御装置１０が、変動を含む回転数指令値を可変速駆動装置２０へ出力する（ステップＳ１１）。次に、サージング制御装置４０は、回転数指令値の変動に対する応答の比例係数κｎｉをパラメータごとに算出する（ステップＳ１２）。次に、サージング制御装置４０は、比例係数κｎｉごとにサージングの発生状況を評価し（ステップＳ１３）、サージングの発生状況に応じた循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値ｕＲＣＶｉを算出する（ステップＳ１４）。次に加重和算出部４７Ａが開度指令値ｕＲＣＶ１ｉ（ｉ＝１，２，３・・・）の加重和を算出する。次に、サージング制御装置４０は、循環流量調節弁Ｖ１の開度制御を行う（ステップＳ１５）。
　第二実施形態によれば、複数のパラメータに基づいてサージングの発生状況を判定するので、第一実施形態の効果に加え、より信頼性が向上するという効果が得られる。
＜第三実施形態＞
（構成）
　以下、本発明の第三実施形態によるサージング制御について図５～図６を参照して説明する。
　図５は、第三実施形態に係る冷凍システムの一例を示す図である。
　図示するように冷凍システム１００Ｂは、直列に接続された低圧側の圧縮機（ＬＰ）１ａと高圧側の圧縮機（ＨＰ）１ｂとを備える。圧縮機（ＬＰ）１ａの吸入側には、入口案内翼（ＬＰ）２ａが設けられ、圧縮機（ＨＰ）１ｂの吸入側には、入口案内翼（ＨＰ）２ｂが設けられている。圧縮機出力制御装置１０Ｂは、入口案内翼（ＬＰ）２ａと入口案内翼（ＨＰ）２ｂへ個別の角度指令値を出力する。圧縮機（ＬＰ）１ａと圧縮機（ＨＰ）１ｂは同軸上に設けられ、共通の回転軸で駆動される。つまり、圧縮機（ＬＰ）１ａと圧縮機（ＨＰ）１ｂは同じ速度で回転する。圧縮機出力制御装置１０Ｂは、圧縮機（ＬＰ）１ａおよび圧縮機（ＨＰ）１ｂへの回転数指令値を可変速駆動装置２０へ出力し、電動機３０は、圧縮機（ＬＰ）１ａと圧縮機（ＨＰ）１ｂの共通の回転軸を回転駆動する。冷凍システム１００Ｂの他の構成については図１を用いて説明したものと同様である。
　図５の冷凍システム１００Ｂにおいて、一つの圧縮機がサージングすると，圧力計Ｇ１が計測する吐出圧力や冷媒の流量等は変動する。例えば、圧縮機（ＬＰ）１ａがサージングすれば吐出圧力は変動するし、圧縮機（ＨＰ）１ｂがサージングしても吐出圧力は変動する。このように、複数の圧縮機を有する構成の場合、一つの圧縮機がサージングすれば、他方の運転条件がどれだけサージラインから離れていても役に立たない。サージラインに対する余裕を圧縮機間で均等にするよう制御できれば、圧縮機が複数ある場合のサージング回避に有効である。複数の圧縮機を有する構成の場合、一つの圧縮機の運転条件が他の圧縮機が他に比べて、早くサージング領域に達する可能性がある。
　第三実施形態では、このような現象が生じるのを回避すべく、入口案内翼の角度指令値を変動させ、その応答に基づいて、入口案内翼の角度制御を圧縮機ごとに行うことにより、各圧縮機のサージラインに対する余裕を均一にし、ある一つの圧縮機が他に比べて極端に早くサージラインに達すること、および、その圧縮機のためだけに、（共有の）循環流量調節弁Ｖ１を開くことを回避する。
（制御装置の構成）
　次に、図６を参照して、第三実施形態の制御装置（圧縮機出力制御装置１０Ｂおよびサージング制御装置４０Ｂ）について詳しく説明する。
　図６は、第三実施形態に係る制御装置の一例を示す図である。
　圧縮機出力制御装置１０は、角度指令部（ＬＰ）１０３ａと、角度指令部（ＨＰ）１０３ｂと、加算部１０４ａと、減算部１０４ｂと、減算部１０５ａと、加算部１０５ｂと、を備えている。
　角度指令部（ＬＰ）１０３ａは、入口案内翼（ＬＰ）２ａへの角度指令値ｒＩＧＶＬを算出する。
　角度指令部（ＨＰ）１０３ｂは、入口案内翼（ＨＰ）２ｂへの角度指令値ｒＩＧＶＨを算出する。
　加算部１０４ａは、入口案内翼（ＬＰ）２ａへの角度指令値に、サージング制御装置４０Ｂが出力した角度変動指令値を加算して、角度指令値ｒＩＧＶＬを算出する（式（８Ａ））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　減算部１０４ｂは、入口案内翼（ＨＰ）２ｂへの角度指令値から、サージング制御装置４０Ｂが出力した角度変動指令値を減算して、角度指令値ｒＩＧＶＨを算出する（式（８Ｂ））。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　減算部１０５ａは、角度指令値ｒＩＧＶＬから、サージング制御装置４０Ｂが出力した補償量ｕＩＧＶを減算し、角度指令値ｕＩＧＶＬを算出する（式（９Ａ））。
　ｕＩＧＶＬ　＝　ｒＩＧＶＬ　－　ｕＩＧＶ　　　・・・（９Ａ）
　加算部１０５ｂは、角度指令値ｒＩＧＶＨに、サージング制御装置４０Ｂが出力した補償量ｕＩＧＶを加算し、角度指令値ｕＩＧＶＬを算出する（式（９Ｂ））。
　ｕＩＧＶＨ　＝　ｒＩＧＶＨ　＋　ｕＩＧＶ　　　・・・（９Ｂ）
　第一実施形態、第二実施形態では、圧縮機１の回転数を変動させてサージングの検知を行うのに対し、第三実施形態では、入口案内翼２ａ、２ｂの角度を変動させる。圧縮機の回転数を変化させると、図１０のグラフの縦方向に運転条件が変更される。一方、入口案内翼の角度を変えると，主にグラフの横方向に運転条件が変更される。冷凍システム１００Ｂの場合、圧縮機（ＬＰ）と圧縮機（ＨＰ）の回転軸は共通であり、回転数の制御により、それぞれの運転条件を独立に変更することはできない。このため、本実施形態では、入口案内翼（ＬＰ）の角度と入口案内翼（ＨＰ）の角度を変更して，それぞれ圧縮機１ａ、１ｂの運転条件を変える。ここで、角度指令値ｒＩＧＶＬならびに角度指令値ｒＩＧＶＨは，値が大きくなるほどに圧縮機の出力（仕事または圧力比が等しい場合の流量）が増えるよう配置されている。
　サージング制御装置４０Ｂは、角度変動指令部４１Ｂと、変動算出部４３Ｂと、比例係数算出部４４Ｂと、補償量算出部４８Ｂと、を備える。
　角度変動指令部４１Ｂは、例えば、以下の式（１０）によって、上記の角度変動指令値を算出し、圧縮機出力制御装置１０Ｂへ出力する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　ここで、ａＩＧＶ、ｂＩＧＶは任意の定数、ｔは時間、ＴＩＧＶは任意の周期である。角度変動指令値は、例えば、周期ＴＩＧＶの整数倍の高調波を含んでもよい。
　回転数指令値と同様に、角度変動指令値の変動は短周期であることが望ましい。角度変動指令値の変動周期が例えば１分より充分に短ければ、角度指令値の変動が冷凍能力には表れない。
　変動算出部４３Ｂは、パラメータｙｉの変動を算出する。パラメータｙｉとは、圧縮機１の回転数、電流値、圧縮機１の吐出圧力、圧縮機１前後の圧力比、冷媒の流量、圧縮機１本体の振動、圧縮機１の軸と軸受けの振動、電動機３０の回転数、電動機３０の消費電流や消費電力、電動機３０本体の振動、軸、軸受けの振動などである。変動算出部４３Ｂは、上記の式（５）によって変動（分散）を算出する。
　比例係数算出部４４Ｂは、変動算出部４３Ｂが算出した変動（分散）に基づいて、角度指令値の変動に対する応答の比例係数を算出する。まず、比例係数算出部４４Ｂは、周期Ｔの成分を次式（１１Ａ）、（１１Ｂ）で評価する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　そして、比例係数算出部４４Ｂは、式（１１Ａ）、（１１Ｂ）から次式（１２）を導き、式（１２）によって、比例係数κＩＧＶｙｉを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　補償量算出部４８Ｂは、圧縮機（ＬＰ）１ａと圧縮機（ＨＰ）１ｂの運転条件のサージングラインへの接近度合いに応じて、入口案内翼（ＬＰ）２ａおよび入口案内翼（ＨＰ）２ｂに対する角度指令値の補償量ｕＩＧＶを算出する。比例係数κＩＧＶｙｉの値が正であるならば、圧縮機（ＬＰ）１ａのサージングを対策しなければならない。比例係数κＩＧＶｙｉの値が負であるならば，圧縮機（ＨＰ）１ｂのサージングを対策しなければならない。したがって，比例係数κＩＧＶｙｉの値が正ならば、圧縮機（ＬＰ）１ａの仕事を減らし圧縮機（ＨＰ）１ｂの仕事を増やすように、補償量算出部４８Ｂは、例えば、次式（１３）のような積分特性の補償器で調整する。ｋＩＧＶは比例ゲインであり，εは不完全積分の帯域を決める定数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
（制御装置の動作）
　次に図６、図７を参照して、圧縮機間でサージングラインへの余裕を均等に制御する処理について説明する。
　図７は、第三実施形態に係る制御装置の動作の一例を示す図である。
　圧縮機出力制御装置１０Ｂとサージング制御装置４０Ｂは、圧縮機１の運転中、以下の処理を所定の制御周期で繰り返し継続して実行する。
　圧縮機出力制御装置１０が、入口案内翼（ＬＰ）２ａおよび入口案内翼（ＨＰ）２ｂに対する角度指令値に変動量を加減算する（ステップＳ２１）。まず、角度指令部（ＬＰ）１０３ａは、入口案内翼（ＬＰ）２ａへの角度指令値ｕＩＧＶＬを算出し、角度指令部（ＨＰ）１０３ｂは、入口案内翼（ＨＰ）２ｂへの角度指令値ｕＩＧＶＨを算出する。次に、加算部１０４ａは、角度指令部（ＬＰ）１０３ａが算出した角度指令値ｒＩＧＶＬに角度変動指令部４１Ｂが算出した変動分を加算して、角度指令値ｒＩＧＶＬを算出する。減算部１０４ｂは、角度指令部（ＨＰ）１０３ｂが算出した角度指令値ｒＩＧＶＨから角度変動指令部４１Ｂが算出した変動分を減算した角度指令値ｒＩＧＶＨを算出する。
　次に、サージング制御装置４０は、入口案内翼（ＬＰ）２ａおよび入口案内翼（ＨＰ）２ｂへ出力した角度指令値の変動に対する応答の比例係数を算出する（ステップＳ２２）。変動算出部４３Ｂが、式（５）により、応答パラメータの変動を算出する。次に比例係数算出部４４Ｂが、式（１１Ａ）、（１１Ｂ）により、式（１２）を導き、式（１２）により比例係数κＩＧＶｙｉを算出する。比例係数算出部４４Ｂは、比例係数κＩＧＶｙｉを補償量算出部４８Ｂへ出力する。
　次に、補償量算出部４８Ｂは、サージングラインへの接近度に応じた角度指令値の補償量を算出する（ステップＳ２３）。補償量算出部４８Ｂは、比例係数κＩＧＶｙｉが正であれば、それだけ圧縮機（ＬＰ）１ａの仕事が多い事を示すので、それ以上、負担を与えるとサージングに至る可能性が高い為、圧縮機（ＬＰ）１ａの仕事を減らし（入口案内翼（ＬＰ）２ａの角度を低下させ）、圧縮機（ＨＰ）１ｂの仕事を増大させる（入口案内翼（ＨＰ）２ｂの角度を増加させる）補償量ｕＩＧＶを算出する。比例係数κＩＧＶｙｉが負の場合、補償量算出部４８Ｂは、圧縮機（ＬＰ）１ａの仕事を増大させ（入口案内翼（ＬＰ）２ａの角度を増加させ）、圧縮機（ＨＰ）１ｂの仕事を減少させる（入口案内翼（ＨＰ）２ｂの角度を低下させる）補償量ｕＩＧＶを算出する。減算部１０５ａは、ステップＳ２１で算出した角度指令値ｕＩＧＶＬから補償量ｕＩＧＶを差し引き（式（９Ａ））角度指令値ｕＩＧＶＬを算出する。これに対し、加算部１０５ｂは、角度指令値ｕＩＧＶＨに補償量ｕＩＧＶを加算して（式（９Ｂ））角度指令値ｕＩＧＶＨを算出する。圧縮機出力制御装置１０Ｂは、角度指令値ｕＩＧＶＬを入口案内翼（ＬＰ）２ａへ出力する。圧縮機出力制御装置１０Ｂは、角度指令値ｕＩＧＶＨを入口案内翼（ＨＰ）２ｂへ出力する。このように入口案内翼（ＬＰ）２ａの角度指令値と入口案内翼（ＨＰ）２ｂへの角度指令値を反対方向に振るように補正することで、仕事の均一化、サージングラインへの余裕の均等化を図る。本実施形態では、サージングラインへの近接度が近い圧縮機の仕事を減らすことと、サージングラインへの近接度が遠い圧縮機の仕事を増やすことを同時に行うよう説明している。これは必ずしも両方を行う必要はなく、たとえば、サージングラインへの近接度が遠い圧縮機の仕事を増やすことだけを実施してもよい。
　本実施形態によれば、各圧縮機１ａ、１ｂの運転条件のサージラインに対する余裕を、圧縮機間で均等にすることで、一方の圧縮機だけにサージングが発生するような状況を回避することができる。結果として、冷凍システム１００Ｂ全体でもサージングを回避する可能性を向上することができる。
　第三実施形態において、第二実施形態と同様、複数のパラメータのそれぞれについて補償量ｕＩＧＶｙｉを算出し、これらの加重和を計算して最終的な補償量ｕＩＧＶを算出するようにしてもよい。
　第三実施形態は、第一実施形態または第二実施形態と組み合わせることが可能である。つまり、圧縮機１ａ、１ｂへの回転数指令値を変動させつつ、循環流量調節弁Ｖ１の開度制御を行いながら、並行して、第三実施形態の入口案内翼（ＬＰ）２ａ、入口案内翼（ＨＰ）２ｂに対する角度制御を行うことができる。
＜第四実施形態＞
　以下、本発明の第四実施形態によるサージング制御について図８～図９を参照して説明する。
　第一実施形態～第三実施形態は、サージングの発生を早期に検知し、サージングを回避する制御に関するものである。第四実施形態は、圧縮機の運転条件が既にサージラインを超え、循環流量調節弁Ｖ１を開いて運転しているときに、その開度を必要最小限にするためのものである。その目的のために，第四実施形態では、サージングの回避手段であり、サージング制御の支配因子である循環流量制御弁の開度を変動させ、その変動に対する圧縮機１の応答の比例係数を用いる。
　第一実施形態～第三実施形態の制御を実行していたとしても、例えば、冷凍システム１００の要請や負荷の状況などにより、圧縮機１をサージング領域の運転条件で動作させなければならない状況が発生し得る。以下に説明する第四実施形態の制御は、そのような場面で有効である。
（制御装置の構成）
　図８は、第四実施形態に係る制御装置（サージング制御装置４０Ｃ）の一例を示す図である。
　圧縮機出力制御装置１０は、第一実施形態または第二実施形態と同様の構成を備えている。サージング制御装置４０Ｃは、第一実施形態または第二実施形態の構成に加え、開度変動指令部４１Ｃと、変動算出部４３Ｃと、比例係数算出部４４Ｃと、開度指令値算出部４５Ｃと、遅相補償部４６Ｃと、加算部１０６と、加算部１０７と、を備える。
　開度変動指令部４１Ｃは、例えば、以下の式（１４）によって、循環流量調節弁Ｖ１の開度変動指令値を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
　ここで、ａＲＣＶ、ｂＲＣＶは任意の定数、ｔは時間、ＴＲＣＶは任意の周期である。開度変動指令値は、周期ＴＲＣＶの整数倍の高調波を含んでもよい。
　加算部１０６は、第一実施形態又は第二実施形態の処理によって算出された循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値ｕＲＣＶに開度変動指令部４１Ｃが算出した開度変動指令値を加算する。
　変動算出部４３Ｃは、パラメータｙｉの変動を算出する。変動算出部４３Ｃは、上記の式（５）によって変動（分散）を算出する。
　比例係数算出部４４Ｃは、変動算出部４３Ｃが算出した変動（分散）に基づいて、開度指令値の変動に対する応答の比例係数を算出する。まず、比例係数算出部４４Ｃは、周期ＴＲＣＶの成分を次式（１５Ａ）、（１５Ｂ）で評価する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
　そして、比例係数算出部４４Ｂは、式（１５Ａ）、（１５Ｂ）から次式（１６）を導き、式（１６）によって、比例係数κＲＣＶｙｉを算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
　開度指令値算出部４５Ｃは、比例係数κＲＣＶｙｉに基づいて、循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値ｕＲＣＶ１を算出する。例えば、開度指令値算出部４５は、比例係数κＲＣＶｙｉを循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値ｕＲＣＶ１に変換する関数等を備えており、この関数等と比例係数κｎとに基づいて、循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値ｕＲＣＶ１を算出する。開度指令値算出部４５が有する折れ線関数４５２の例を図８に示す。サージングの程度は循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値が小さいほど激しい。折れ線関数４５２に示すように、比例係数κＲＣＶｙｉの値が閾値を超えるまでは０以下の値であり、閾値を超えると、比例係数κＲＣＶｙｉの値が大きくなるほど大きな循環流量調節弁開度指令値ｕＲＣＶ１を算出する。これにより、循環流量調節弁Ｖ１の開度は、必要最小限となるように補償される。
　遅相補償部４６は、比例係数κＲＣＶｙｉの大きさがサージングの受容限度を超えたときには遅相補償により循環流量調節弁Ｖ１の補償量ｕＲＣＶ３を例えば、以下の式（１７）により算出し、補償量ｕＲＣＶ３を加算部１０７へ出力する。ｋＲＣＶは比例ゲインであり，εは不完全積分の帯域を決める定数、ｓはラプラス演算子である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
　加算部１０７は、加算部１０６が計算した循環流量調節弁Ｖ１の開度指令値に補償量ｕＲＣＶ３を加算し、循環流量調節弁Ｖ１の最終的な開度指令値ｕＲＣＶ２を算出する。サージング制御装置４０は、開度指令値ｕＲＣＶ２を循環流量調節弁Ｖ１へ出力する。
（制御装置の動作）
　次に図８、図９を参照して、サージング検知時の循環流量調節弁Ｖ１の制御について説明する。
　図９は、第四実施形態に係る制御装置の動作の一例を示す図である。
　前提として、サージングが発生し、循環流量調節弁Ｖ１が所定の開度で開かれているとする。あるいは、圧縮機１の吐出圧力または圧縮機１の前後圧力比と、冷媒の流量の関係が、サージング領域に属する状況であるとする。並行して、第一実施形態または第二実施形態の制御が実行されているとする。サージング制御装置４０Ｃは、循環流量調節弁Ｖ１が開となっている間、以下の処理を所定の制御周期で繰り返し継続して実行する。
　まず、サージング制御装置４０Ｃが、循環流量調節弁Ｖ１への開度指令値を変動させる（ステップＳ３１）。開度変動指令部４１Ｃが、式（１４）によって開度変動指令値を算出する。加算部１０６は、第一実施形態または第二実施形態の制御により算出された開度指令値ｕＲＣＶに開度変動指令値を加算する。
　次に、サージング制御装置４０Ｃは、開度指令値の変動に対する応答の比例係数を算出する（ステップＳ３２）。まず、変動算出部４３Ｃが、式（５）によりパラメータの変動（分散）を算出する。次に比例係数算出部４４Ｃが、式（１５Ａ）、（１５Ｂ）により、式（１６）を導き、式（１６）により比例係数κＲＣＶｙｉを算出する。比例係数算出部４４Ｃは、比例係数κＲＣＶｙｉを開度指令値算出部４５Ｃへ出力する。
　次に、サージング制御装置４０Ｃは、開度指令値の補償量を算出する（ステップＳ３３）。まず、開度指令値算出部４５Ｃが、比例係数κＲＣＶｙｉと関数４５２とに基づいて、開度指令値ｕＲＣＶ１を算出する。次に、遅相補償部４６が式（１７）により、補償量ｕＲＣＶ３を算出する。
　次に、サージング制御装置４０Ｃは、循環流量調節弁Ｖ１の開度制御を行う（ステップＳ３４）。加算部１０７は、ステップＳ３１で算出された変動成分を含む開度指令値に、補償量ｕＲＣＶ３を加算して、開度指令値ｕＲＣＶ２を算出する。サージング制御装置４０Ｃは、開度指令値ｕＲＣＶ２を循環流量調節弁Ｖ１へ出力する。
　本実施形態によれば、サージングの発生時に循環流量調節弁Ｖ１の開度を、サージングの抑制に必要な最小限の開度に制御することができるので、圧縮機１による仕事の損失を抑えることができる。
　第四実施形態は、第一実施形態～第三実施形態と組み合わせることが可能である。例えば、第一実施形態または第二実施形態と、第三実施形態と、第四実施形態を組み合わせて実施することで、入口案内翼（ＬＰ）２ａ、入口案内翼（ＨＰ）２ｂの角度、循環流配管Ｐ４を流れる冷媒流量を適正化し、サージングを回避したり、サージングの程度を抑制したりすることができる。圧縮機１の回転数と、入口案内翼（ＬＰ）２ａ等の角度と、循環流量調節弁Ｖ１の開度を、同時並行で調整する場合は、圧縮機回転数を変更する周期Ｔと入口案内翼角度を変更する周期ＴＩＧＶと循環流量を変更する周期ＴＲＣＶの値は互いに違えなければならない。例えば，Ｔを３秒，ＴＩＧＶを１５秒，ＴＲＣＶを７５秒などのように、応答の速いものから順に短周期に設定し、他の周期は最短周期の整数倍に設定することが望ましい。
　図１１は、各実施形態に係る制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
　コンピュータ９００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、入出力インタフェース９０４、通信インタフェース９０５を備える。
　上述の圧縮機出力制御装置１０，１０Ｂ、サージング制御装置４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃは、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各機能は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置９０３に確保する。
　圧縮機出力制御装置１０，１０Ｂ、サージング制御装置４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃの全部または一部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各機能部による処理を行ってもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、ＣＤ、ＤＶＤ、ＵＳＢ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行しても良い。上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
　以上のとおり、本開示に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
＜付記＞
　各実施形態に記載の制御装置、制御方法およびプログラムは、例えば以下のように把握される。
（１）第１の態様に係る制御装置（圧縮機出力制御装置１０、１０Ｂ、サージング制御装置４０～４０Ｃ）は、圧縮機１，１ａ、１ｂを含むシステム（冷凍システム１００）への指令値であって、前記圧縮機１，１ａ、１ｂの運転状態に影響する前記指令値（回転数、ＩＧＶ開度、循環流量調節弁開度）を変動させる変動指令部（回転数変動指令部４１、角度変動指令部４１Ｂ、開度変動指令部４１Ｃ）と、前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機３０の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出する比例係数算出部４４、４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃと、前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う制御部（遅相補償部４６、４６Ｂ、減算部１０５ａ、加算部１０５ｂ、加算部１０７）と、を備える。
　圧縮機の運転状態に影響する指令値を変動させて、その応答を計測し、指令値の変動に対する計測したパラメータの変動の比例係数を算出する。そして、比例係数の大きさに応じてサージングを回避する運転点へ圧縮機の運転状態を移行させる制御を行う。これにより、サージングが発生しそうになっても早急にサージングを回避することができ、サージングが発生した場合でも速やかにサージングを抑制することができる。
（２）第２の態様に係る制御装置（圧縮機出力制御装置１０、サージング制御装置４０Ａ）は、（１）の制御装置であって、前記比例係数算出部４４Ａは、複数の前記パラメータごとに前記比例係数を算出し、前記制御部は、複数の前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う。
　複数のパラメータに基づいてサージング回避の制御を行うことにより、制御の信頼性を向上することができる。
（３）第３の態様に係る制御装置（圧縮機出力制御装置１０、サージング制御装置４０～４０Ａ）は、（１）～（２）の制御装置であって、前記指令値は、前記圧縮機の回転数指令値であって、前記変動指令部は、前記回転数指令値を周期的に変動させ、前記比例係数算出部は、前記回転数指令値を周期的に変動させたときの前記比例係数を算出し、前記制御部は、前記比例係数の大きさに応じて、前記圧縮機が吸入して吐出する流体の流量を増加させる制御を行う。
　サージングに最も影響する圧縮機の回転数を変動させ、その応答を監視することにより、精度よくサージングを検知することができる。
（４）第４の態様に係る制御装置（圧縮機出力制御装置１０、１０Ｂ、サージング制御装置４０～４０Ｂ）は、（１）～（３）の制御装置であって、前記システムは、複数の前記圧縮機を備え、前記圧縮機ごとに、前記圧縮機が吸入する流体の流量を制御する入口案内翼が設けられ、前記指令値は、入口案内翼の角度指令値であって、前記変動指令部は、前記角度指令値を周期的に変動させ、前記比例係数算出部は、前記角度指令値を周期的に変動させたときの前記比例係数を算出し、前記制御部は、前記比例係数の大きさに応じて、複数の前記圧縮機が負担する仕事が均等化するように、前記入口案内翼ごとの角度指令値を調整する制御を行う。
　これにより、複数の圧縮機を備えるシステムにおいて、各圧縮機の回転数を個別に制御できないような場合でも、入口案内翼を個別に制御することによってサージングを回避することができる。
（５）第５の態様に係る制御装置（圧縮機出力制御装置１０、１０Ｂ、サージング制御装置４０～４０Ｂ）は、（４）の制御装置であって、複数の前記圧縮機について、前記制御部（減算部１０５ａ、加算部１０５ｂ）は、サージングが発生する可能性が低い方の前記圧縮機に設けられた前記入口案内翼を前記圧縮機の負担する仕事が増加するよう変更させる。
　一方の圧縮機でサージングのリスクが高まると、サージングが発生する可能性が低い方の圧縮機のＩＧＶ開度を増大させる。これにより、各圧縮機間の負担を均一化し、サージラインとの余裕を均一化することができる。
（６）第６の態様に係る制御装置（圧縮機出力制御装置１０、１０Ｂ、サージング制御装置４０～４０Ｃ）は、（１）から（５）の制御装置であって、前記指令値は、前記圧縮機の吸入側と吐出側を接続する配管に設けられた流量調節弁の開度指令値であって、前記変動指令部は、前記開度指令値を周期的に変動させ、前記比例係数算出部は、前記流量調節弁の開度指令値を周期的に変動させたときの前記比例係数を算出し、前記制御部は、前記比例係数の大きさに応じて、前記開度指令値を調整する制御を行う。
　サージングが発生すると、圧縮機の吸入側と吐出側を接続する配管に設けられた流量調節弁を開としてサージングを抑制する制御を行うが、この制御中に流量調節弁の開度を変動させ、その応答に基づいて、流量調節弁の開度を調整することで、流量調節弁の開度を適正化することができる。例えば、流量調節弁の開度を最小限とすることができる。
（７）第７の態様に係る制御装置は、（６）の制御装置であって、前記圧縮機の吐出圧力または前記圧縮機の前後圧力比と、前記圧縮機が吸入して吐出する流体の流量と、の関係が、予め定められたサージングが発生する可能性が高い関係（図１０のサージラインＬ１の左側の領域の関係）にあるときに（６）に記載の処理を行う。
　サージングが発生する運転条件で（６）に記載の処理を行うことにより、速やかに流量調節弁の開度を適正化することができる。
（８）第８の態様に係る制御装置（圧縮機出力制御装置１０、１０Ｂ、サージング制御装置４０～４０Ｃ）は、（１）～（７）の制御装置であって、前記パラメータは、前記圧縮機の回転数、前記圧縮機の振動、前記圧縮機を流れる電流、前記圧縮機が吸入して吐出する流体の流量、前記流体の圧力、前記圧縮機の前後における前記流体の圧力比、前記電動機の回転数、前記電動機の振動、前記電動機を流れる電流、前記電動機が消費する電力、周囲の騒音の少なくとも１つである。
　（１）～（７）に記載の制御方法は、上記した様々なパラメータを用いて実施することができるので、これらのうち、計測しやすいパラメータを用いることができる。
（９）第９の態様に係る制御装置は、圧縮機を含むシステムへの指令値であって、前記圧縮機の運転状態に影響する前記指令値を変動させる変動指令部と、前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出する比例係数算出部と、前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを検知する検知部（開度指令値算出部４５～４５Ｃ）と、を備える。
　圧縮機の運転状態に影響する指令値を変動させて、その応答を計測し、指令値の変動に対する計測したパラメータの変動の比例係数を算出する。そして、比例係数の大きさに基づいてサージングの発生を検知する。これにより、早期かつ確実にサージングの発生を検知することができる。
（１０）第１０の態様に係る制御方法は、圧縮機を含むシステムへの指令値であって、前記圧縮機の運転状態に影響する前記指令値を変動させ、前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出し、前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う。
（１１）第１１の態様に係るプログラムは、コンピュータ９００に、圧縮機を含むシステムへの指令値であって、前記圧縮機の運転状態に影響する前記指令値を変動させ、前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出し、前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う処理を実行させる。
　上記した制御装置、制御方法およびプログラムによれば、早期かつ確実にサージングを検知し対処することができる。
１００、１００Ｂ・・・冷凍システム、 １・・・圧縮機、 １ａ・・・圧縮機（ＬＰ）、 １ｂ・・・圧縮機（ＨＰ）、 ２・・・入口案内翼、 ２ａ・・・入口案内翼（ＬＰ）、 ２ｂ・・・入口案内翼（ＨＰ）、 ３・・・凝縮器、 ４・・・蒸発器、 Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、１１、１２・・・配管、 Ｐ４・・・循環流配管、 Ｖ１・・・循環流量調整弁、 Ｇ１・・・圧力計、 Ｎ１・・・騒音計、 １０・・・圧縮機出力制御装置、 ２０・・・可変速駆動装置、 ３０・・・電動機、 ４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ・・・サージング制御装置、 ４１・・・回転数変動指令部、 ４１Ｂ・・・角度変動指令部、 ４１Ｃ・・・開度変動指令部、 ４２・・・減算部、 ４３、４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ・・・変動算出部、 ４４、４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃ・・・比例係数算出部、 ４５、４５Ａ、４５Ｃ・・・開度指令値算出部、 ４６、４６Ｃ・・・遅相補償部、 ４７Ａ・・・加重和算出部、 ４８Ｂ・・・補償量算出部、 １０１・・・回転数指令部、 １０２・・・加算部、 １０３ａ・・・角度指令部（ＬＰ）、 １０３ｂ・・・角度指令部（ＨＰ）、 １０４ａ・・・加算部、 １０４ｂ・・・減算部、 １０５ａ・・・減算部、 １０５ｂ・・・加算部、 １０６、１０７・・・加算部、 ９００・・・コンピュータ、 ９０１・・・ＣＰＵ、 ９０２・・・主記憶装置、 ９０３・・・補助記憶装置、 ９０４・・・入出力インタフェース、 ９０５・・・通信インタフェース 

Claims (11)

  1. 　圧縮機を含むシステムへの指令値であって、前記圧縮機の運転状態に影響する前記指令値を変動させる変動指令部と、
    　前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出する比例係数算出部と、
    　前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う制御部と、
    　を備える制御装置。
  2. 　前記比例係数算出部は、複数の前記パラメータごとに前記比例係数を算出し、
    　前記制御部は、複数の前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う、
    　請求項１に記載の制御装置。
  3. 　前記指令値は、前記圧縮機の回転数指令値であって、前記変動指令部は、前記回転数指令値を周期的に変動させ、
    　前記比例係数算出部は、前記回転数指令値を周期的に変動させたときの前記比例係数を算出し、
    　前記制御部は、前記比例係数の大きさに応じて、前記圧縮機が吸入して吐出する流体の流量を増加させる制御を行う、
    　請求項１または請求項２に記載の制御装置。
  4. 　前記システムは、複数の前記圧縮機を備え、前記圧縮機ごとに、前記圧縮機が吸入する流体の流量を制御する入口案内翼が設けられ、
    　前記指令値は、入口案内翼の角度指令値であって、前記変動指令部は、前記角度指令値を周期的に変動させ、
    　前記比例係数算出部は、前記角度指令値を周期的に変動させたときの前記比例係数を算出し、
    　前記制御部は、前記比例係数の大きさに応じて、複数の前記圧縮機が負担する仕事が均等化するように、前記入口案内翼ごとの角度指令値を調整する制御を行う、
    　請求項１から請求項３の何れか１項に記載の制御装置。
  5. 　複数の前記圧縮機について、前記制御部は、サージングが発生する可能性が低い方の前記圧縮機に設けられた前記入口案内翼を前記圧縮機の負担する仕事が増加するよう変更させる、
    　請求項４に記載の制御装置。
  6. 　前記指令値は、前記圧縮機の吸入側と吐出側を接続する配管に設けられた流量調節弁の開度指令値であって、前記変動指令部は、前記開度指令値を周期的に変動させ、
    　前記比例係数算出部は、前記流量調節弁の開度指令値を周期的に変動させたときの前記比例係数を算出し、
    　前記制御部は、前記比例係数の大きさに応じて、前記開度指令値を調整する制御を行う、
    　請求項１から請求項５の何れか１項に記載の制御装置。
  7. 　前記圧縮機の吐出圧力または前記圧縮機の前後圧力比と、前記圧縮機が吸入して吐出する流体の流量と、の関係が、予め定められたサージングが発生する可能性が高い関係にあるときに請求項６に記載の処理を行う、
    　請求項６に記載の制御装置。
  8. 　前記パラメータは、前記圧縮機の回転数、前記圧縮機の振動、前記圧縮機を流れる電流、前記圧縮機が吸入して吐出する流体の流量、前記流体の圧力、前記圧縮機の前後における前記流体の圧力比、前記電動機の回転数、前記電動機の振動、前記電動機を流れる電流、前記電動機が消費する電力、周囲の騒音の少なくとも１つである、
    　請求項１から請求項７の何れか１項に記載の制御装置。
  9. 　圧縮機を含むシステムへの指令値であって、前記圧縮機の運転状態に影響する前記指令値を変動させる変動指令部と、
    　前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出する比例係数算出部と、
    　前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを検知する検知部と、
    　を備える制御装置。
  10. 　圧縮機を含むシステムへの指令値であって、前記圧縮機の運転状態に影響する前記指令値を変動させ、
    　前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出し、
    　前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う、
    　制御方法。
  11. 　コンピュータに、
    　圧縮機を含むシステムへの指令値であって、前記圧縮機の運転状態に影響する前記指令値を変動させ、
    　前記指令値に基づいて前記システムを運転したときの前記圧縮機または前記圧縮機を駆動する電動機の状態を示すパラメータの変動の前記指令値に対する比例係数を算出し、
    　前記比例係数の値に基づいて、前記圧縮機のサージングを回避または抑制する制御を行う処理、
    　を実行させるプログラム。
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