制御装置および制御方法
【課題】制御量を設定値に近づける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けつつ、過渡状態、整定状態に関係なくエネルギー消費量を抑制する。
【解決手段】制御装置は、各制御ループの制御量ＰＶ１，ＰＶ２と設定値ＳＰ１，ＳＰ２との偏差に基づいて操作量ＭＶ１，ＭＶ２を算出するＰＩＤ演算部２２−１，２２−２と、操作量ＭＶ１とＭＶ２との操作量差δＭＶを算出する操作量差算出部３１−１，３１−２と、操作量差δＭＶに基づいて設定値ＳＰ１，ＳＰ２に対するＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出するＳＰ補正量算出部３２−１，３２−２とを備える。ＳＰ補正量算出部３２−１，３２−２は、操作量ＭＶ１のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するようにＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出する。
【解決手段】制御装置は、各制御ループの制御量ＰＶ１，ＰＶ２と設定値ＳＰ１，ＳＰ２との偏差に基づいて操作量ＭＶ１，ＭＶ２を算出するＰＩＤ演算部２２−１，２２−２と、操作量ＭＶ１とＭＶ２との操作量差δＭＶを算出する操作量差算出部３１−１，３１−２と、操作量差δＭＶに基づいて設定値ＳＰ１，ＳＰ２に対するＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出するＳＰ補正量算出部３２−１，３２−２とを備える。ＳＰ補正量算出部３２−１，３２−２は、操作量ＭＶ１のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するようにＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象を空間的に分割した複数のゾーンをそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大規模あるいは中規模の空間を対象とした空調システムや、複数の加熱エリアを持つ加熱処理装置では、空間や加熱エリアを複数のゾーンに分割し、個々のゾーンにシングルループの制御系を形成して、温度制御や湿度制御を行う。このような温度制御や湿度制御においては、制御対象の状態量として制御量ＰＶと、その状態量に対する目標数値として設定値ＳＰと、制御量ＰＶを設定値ＳＰに制御するための制御指令として操作量ＭＶとが、コントローラにより処理される。このとき、操作量ＭＶと制御量ＰＶとの関係は、その制御系において採用されるアクチュエータや制御対象の特性に依存して非線形な関係になる。そのようないわゆる非線形な制御系であっても、線形な制御手法（例えばＰＩＤ）が広く利用されている。
【０００３】
空間や加熱エリアを複数のゾーンに分割し、個々のゾーンにシングルループの制御系を形成する場合、各制御系の制御量ＰＶは必ずしも同一の速度で変化するものではない。各制御系の制御量変化に速度差がある場合、最も変化の遅い最遅制御系以外の制御系の応答が最遅制御系の応答よりも速く進むため、最遅制御系以外の制御系のコントローラは最遅制御系の応答が完了するまで整定状態を維持しつつ待機しなければならない。したがって、これらのコントローラでは、応答完了後の整定状態を維持しつつ待機する整定待機時間が発生し、この整定待機時間の分だけエネルギー消費量が大きくなるという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１に開示された制御方法では、制御量変化が最も遅い第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、第１制御ループ以外の他の制御ループの制御量が第１制御ループの制御量に同期して自動的に変化するように、他の制御ループの設定値をステップ応答の進捗度に基づいて補正してコントローラに与えるようにしている。これにより、特許文献１に開示された制御方法では、他の制御ループのコントローラの整定待機時間を削減し、省エネルギーを実現している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０４９４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
操作量ＭＶと制御量ＰＶとの関係が非線形な関係であって、この非線形性の程度が大きくなると、いわゆる強非線形系になる。強非線形系では、操作量ＭＶが大きくなると、制御量ＰＶを変化させる影響力が小さくなる。すなわち、制御量ＰＶに対する操作量ＭＶの影響力が飽和する状態となる。この状態を操作量ＭＶと制御量ＰＶとの関係で図示すると、例えば図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）に示すような関係になる。図２０（Ａ）は暖房・加熱制御の場合、図２０（Ｂ）は冷房・冷却制御の場合である。図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）によれば、操作量ＭＶが大きくなるほど、操作量ＭＶの変化ΔＭＶに対する制御量ＰＶの変化ΔＰＶが小さくなっていることが分かる。
【０００７】
強非線形系においては、操作量ＭＶが大きいほど、制御量ＰＶの変化ΔＰＶに対する効果が小さくなるので、結果的にエネルギー効率が落ちるという問題点があった。つまり、操作量ＭＶが大きいことはエネルギー消費量の点では不利なわけであるが、制御量ＰＶを設定値ＳＰに近づけるためには必要なエネルギーであり、エネルギー消費量を抑えることはできない。操作量ＭＶを小さくすれば、エネルギー消費量を抑えることができるが、この場合には制御量ＰＶを所望の設定値ＳＰに近づけることが難しくなる。
【０００８】
特許文献１に開示された制御方法では、制御の過渡状態のエネルギー消費量を改善することができるが、制御の整定状態は改善の対象にはなっておらず、整定状態のエネルギー消費量を抑制することはできない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、マルチループの制御系において制御量を設定値に近づける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けつつ、過渡状態、整定状態に関係なくエネルギー消費量を抑制することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、制御対象を空間的に分割した複数のゾーンをそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、各制御ループの制御量ＰＶとこれに対応する各制御ループの設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する複数の制御演算手段と、算出された複数の前記操作量のうち、特定の第１の操作量と他の第２の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手段と、前記操作量差に基づいて各制御ループの前記設定値ＳＰまたは制御量ＰＶに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手段とを備え、前記補正量算出手段は、前記第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように前記補正量を算出することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量差算出手段は、前記第１の操作量から前記第２の操作量を減算して前記操作量差を算出するものであり、前記補正量は、設定値ＳＰに加算または制御量ＰＶから減算されるものであり、前記補正量算出手段は、前記操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する倍率乗算手段を備え、冷房・冷却時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が正の値であり、暖房・加熱時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が負の値であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量差算出手段は、前記第１の操作量と第２の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手段と、前記ダンピング処理後の第１の操作量からダンピング処理後の第２の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手段とを備え、前記補正量算出手段は、前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手段と、前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手段と、算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量差算出手段は、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第１の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第２の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量差算出手段と補正量算出手段とは、制御対象を空間的に２つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に設けられ、各操作量差算出手段は、制御対象のゾーンの操作量を前記第１の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第２の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記第２の操作量は、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の加重平均値である。
【００１２】
また、本発明の制御方法は、各制御ループの制御量ＰＶとこれに対応する各制御ループの設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する制御演算手順と、算出された複数の前記操作量のうち、特定の第１の操作量と他の第２の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手順と、前記操作量差に基づいて各制御ループの前記設定値ＳＰまたは制御量ＰＶに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手順とを備え、前記補正量算出手順は、前記第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように前記補正量を算出することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記操作量差算出手順は、前記第１の操作量から前記第２の操作量を減算して前記操作量差を算出するものであり、前記補正量は、設定値ＳＰに加算または制御量ＰＶから減算されるものであり、前記補正量算出手順は、前記操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する倍率乗算手順を備え、冷房・冷却時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が正の値であり、暖房・加熱時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が負の値であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記操作量差算出手順は、前記第１の操作量と第２の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手順と、前記ダンピング処理後の第１の操作量からダンピング処理後の第２の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手順とを備え、前記補正量算出手順は、前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手順と、前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手順と、算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手順とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記操作量差算出手順は、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第１の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第２の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記操作量差算出手順と補正量算出手順とは、制御対象を空間的に２つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に実行され、各操作量差算出手順は、制御対象のゾーンの操作量を前記第１の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第２の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各制御ループの制御量ＰＶとこれに対応する各制御ループの設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する複数の制御演算手段と、算出された複数の操作量のうち、特定の第１の操作量と他の第２の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手段と、操作量差に基づいて各制御ループの設定値ＳＰまたは制御量ＰＶに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手段とを設け、補正量算出手段が、第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように補正量を算出することにより、マルチループの制御系において制御量を設定値に近づける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けつつ、過渡状態、整定状態に関係なくエネルギー消費量を抑制することができる。本発明は、特にゾーン間に制御量の干渉があるような制御対象に有効である。
【００１５】
また、本発明では、第１の操作量から第２の操作量を減算して操作量差を算出し、操作量差に所定の倍率を乗算して補正量を算出し、補正量を、設定値ＳＰに加算または制御量ＰＶから減算する。このとき、冷房・冷却時においては第１の操作量に対応する倍率を正の値とし、暖房・加熱時においては第１の操作量に対応する倍率を負の値とすることにより、第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように補正量を算出することができ、エネルギー消費量を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明では、ダンピング処理手段を設けることにより、操作量の高周波のふらつきを削減することができる。また、本発明では、不感帯処理手段を設けることにより、操作量差を無視してよい数値範囲を規定することができる。また、本発明では、上下限処理手段を設けることにより、補正量が無制限に広がり過ぎないように制限することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［発明の原理］
大規模あるいは中規模の空間を対象とした空調システムや、複数の加熱エリアを持つ加熱処理装置では、空間や加熱エリアを複数のゾーンに分割し、個々のゾーンにシングルループの制御系を形成して、温度制御や湿度制御を行う。このような構成は、全体として見れば、マルチループの制御系を形成していることになる。通常、マルチループの制御系では、ゾーン間に温度干渉のような状態量干渉が発生することに特徴がある。この状態量干渉を利用し、操作量差を小さくする操作を与えることで、制御量ＰＶを設定値ＳＰに近付ける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けながらも、エネルギー的な不利を緩和することが可能になることに、発明者は着眼した。
【００１８】
図１は本発明の原理を説明するためのフローチャートである。ここでは、対象となる空間を２つのゾーンＺ１，Ｚ２に分割して冷房・冷却制御を行う場合について説明する。
ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１とゾーンＺ２の操作量ＭＶ２（ＭＶ１＞ＭＶ２）に対して、操作量差δＭＶ（＝ＭＶ１−ＭＶ２）を小さくするような、設定値（温度）ＳＰ１，ＳＰ２の補正量であるＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出する（ステップＳ１）。
【００１９】
ＳＰ補正量ΔＳＰ１により、操作量の大きい側の設定値ＳＰ１が高めに補正される（ステップＳ２）。
ＳＰ補正量ΔＳＰ２により、操作量の小さい側の設定値ＳＰ２が低めに補正される（ステップＳ３）。
【００２０】
ゾーンＺ１の設定値ＳＰ１が高めに補正されたことにより、ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１は下降する方向に算出される（ステップＳ４）。
ゾーンＺ２の設定値ＳＰ２が低めに補正されたことにより、ゾーンＺ２の操作量ＭＶ２は上昇する方向に算出される（ステップＳ５）。
【００２１】
ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１が下がったことにより、ゾーンＺ１の制御量（温度）ＰＶ１は上昇する（ステップＳ６）。
ゾーンＺ２の操作量ＭＶ２が上がったことにより、ゾーンＺ２の制御量（温度）ＰＶ２は下降する（ステップＳ７）。
【００２２】
このとき、温度干渉があるので、ゾーンＺ１の制御量（温度）ＰＶ１が上昇し、ゾーンＺ２の制御量（温度）ＰＶ２が下降したとしても、ゾーンＺ１，Ｚ２の実質温度（室温）ＲＴ１，ＲＴ２は元の設定値ＳＰ１，ＳＰ２から大きく逸脱することはない。
【００２３】
そして、エネルギー効率の悪い大きい側の操作量であった操作量ＭＶ１が小さめ方向にｄＭＶ１だけ制御され、エネルギー効率の良い小さい側の操作量であった操作量ＭＶ２は大きめ方向にｄＭＶ２（ｄＭＶ１＞ｄＭＶ２）だけ制御されることになる。全体として考えると、エネルギー効率の良い小さい側への変化分の方が多いので、エネルギー消費量を抑制することができる。
【００２４】
以上の動作を実現するために、操作量差δＭＶを算出し、この操作量差δＭＶを設定値ＳＰ１，ＳＰ２に対する補正量に変換して、設定値ＳＰ１，ＳＰ２に帰還させる方法を採用すればよいことに、発明者は想到した。この方法では、特に操作量の大きい側を重視することが好適である。
【００２５】
なお、暖房・加熱制御の場合は、操作量の大きい側の設定値ＳＰ１が低めに補正され、操作量の小さい側の設定値ＳＰ２が高めに補正されるように、ＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出し、ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１を下降する方向に制御し、ゾーンＺ２の操作量ＭＶ２を上昇する方向に制御すればよい。これにより、ゾーンＺ１の制御量（温度）ＰＶ１は下降し、ゾーンＺ２の制御量（温度）ＰＶ２は上昇するが、ゾーンＺ１とＺ２間の干渉により、ゾーンＺ１，Ｚ２の実質温度（室温）ＲＴ１，ＲＴ２は元の設定値ＳＰ１，ＳＰ２から大きく逸脱することはない。
【００２６】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は本発明の第１の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
１は空調制御の対象となる空間、Ｚ１，Ｚ２は空間１を分割した２つのゾーン、２−１，２−２はゾーンＺ１，Ｚ２毎に温度制御を行うコントローラ、３はコントローラ２−１，２−２に与えられる設定値ＳＰ１，ＳＰ２を補正するためのＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出する連携動作演算部、４−１，４−２はゾーンＺ１，Ｚ２の制御量ＰＶ１，ＰＶ２を計測するセンサ、５−１，５−２はゾーンＺ１，Ｚ２に冷温風を供給する空調機、６−１，６−２はゾーンＺ１，Ｚ２の冷温風出口である。
【００２７】
空調機５−１，５−２は、例えば冷温水を供給する熱源と、熱源から供給される冷温水の流量を調節するバルブ（アクチュエータ）と、バルブを通して送られてきた冷温水により空気を冷却または加熱するコイルと、冷却または加熱された空気を送り出す送風機等から構成される。
【００２８】
本実施の形態は、中規模の空間１を２つのゾーンＺ１，Ｚ２に分けて温度制御を行なうものである。この場合、通常のシングルループの制御系を２ループ構成する。
図３に本実施の形態の空調システムで用いる制御装置の構成を示す。制御装置は、シングルループの制御系を構成するための構成要素であるコントローラ２−１，２−２と、連携動作演算部３とからなる。
【００２９】
コントローラ２−１は、例えばゾーンＺ１の居住者によって設定された設定値ＳＰ１を入力する設定値ＳＰ入力部２０−１と、センサ４−１によって計測されたゾーンＺ１の制御量ＰＶ１を入力する制御量ＰＶ入力部２１−１と、設定値ＳＰ１と制御量ＰＶ１とＳＰ補正量ΔＳＰ１に基づいて操作量ＭＶ１を算出する制御演算手段となるＰＩＤ演算部２２−１と、操作量ＭＶ１をゾーンＺ１の空調機５−１と連携動作演算部３に出力する操作量ＭＶ出力部２３−１とを備える。
【００３０】
同様に、コントローラ２−２は、ゾーンＺ２の居住者によって設定された設定値ＳＰ２を入力する設定値ＳＰ入力部２０−２と、センサ４−２によって計測されたゾーンＺ２の制御量ＰＶ２を入力する制御量ＰＶ入力部２１−２と、設定値ＳＰ２と制御量ＰＶ２とＳＰ補正量ΔＳＰ２に基づいて操作量ＭＶ２を算出する制御演算手段となるＰＩＤ演算部２２−２と、操作量ＭＶ２をゾーンＺ２の空調機５−２と連携動作演算部３に出力する操作量ＭＶ出力部２３−２とを備える。
【００３１】
連携動作演算部３は、制御対象のゾーン以外の他のゾーンの操作量を受ける比較操作量入力部３０−１，３０−２と、操作量差δＭＶを算出する操作量差算出部３１−１，３１−２と、ＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出するＳＰ補正量算出部３２−１，３２−２とを、それぞれゾーンＺ１，Ｚ２毎に備える。
【００３２】
図４に、本実施の形態における制御系のブロック線図を示す。Ｐ１はゾーンＺ１の制御対象、Ｐ２はゾーンＺ２の制御対象であり、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２と共にフィードバック制御系が個々のゾーンＺ１，Ｚ２毎に形成される。すなわち、制御対象Ｐ１とＰＩＤ演算部２２−１とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ１に形成され、制御対象Ｐ２とＰＩＤ演算部２２−２とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ２に形成される。
【００３３】
ＰＶ１，ＰＶ２はゾーンＺ１，Ｚ２の制御量であり、本実施の形態では温度である。ΔＳＰ１，ΔＳＰ２はゾーンＺ１，Ｚ２のＳＰ補正量である。ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２は、設定値ＳＰ１，ＳＰ２にＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を加算する加算部２２０−１，２２０−２を内部に備えている。
【００３４】
操作量差算出部３１−１，３１−２とＳＰ補正量算出部３２−１，３２−２とは、操作量差δＭＶを算出し、操作量差δＭＶを設定値ＳＰ１，ＳＰ２に対するＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２に変換してＰＩＤ演算部２２−１，２２−２に帰還させる連携制御系を構成している。
【００３５】
図５に、本実施の形態における好適な制御系のブロック線図を示す。図５は、図４に示した制御系のより好適かつ詳細な構成を示している。
ダンピング処理部３１０，３１１は、操作量ＭＶ１，ＭＶ２の高周波のふらつきを削減するための構成要素である。ダンピング処理部３１０，３１１は、例えば１次遅れの時間遅れ特性のローパスフィルタで実現すればよい。ゾーンＺ１のダンピング処理の時定数をＴ１、ゾーンＺ２のダンピング処理の時定数をＴ２、ラプラス演算子をｓとすると、ダンピング処理部３１０の伝達関数は１／（１＋Ｔ１ｓ）、ダンピング処理部３１１の伝達関数は１／（１＋Ｔ２ｓ）となる。
【００３６】
減算部３１２は、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１とＭＶ２との差である操作量差δＭＶを次式のように算出する。
δＭＶ＝ＭＶ１−ＭＶ２ ・・・（１）
【００３７】
不感帯処理部３２０は、操作量差δＭＶを無視してよい数値範囲を規定するための構成要素である。図６は不感帯処理部３２０の入出力特性を示す図である。不感帯処理部３２０は、操作量差算出部３１−１，３１−２から出力された操作量差δＭＶが不感帯±α（例えば±２０％）の範囲内であれば、操作量差δＭＶを０にする。不感帯処理部３２０は、具体的には以下の式を実行する。
ＩＦ −α≦δＭＶ≦α ＴＨＥＮ δＭＶ＝０
ＥＬＳＥＩＦ δＭＶ＞α ＴＨＥＮ δＭＶ←δＭＶ−α
ＥＬＳＥＩＦ δＭＶ＜−α ＴＨＥＮ δＭＶ←δＭＶ＋α ・・・（２）
【００３８】
不感帯処理部３２０は、操作量差δＭＶが不感帯の正側の境界値αより大きい場合、操作量差δＭＶからαを減算し、操作量差δＭＶが不感帯の負側の境界値（−α）より小さい場合、操作量差δＭＶにαを加算する（式（２）の２つのＥＬＳＥＩＦ文以下の処理）。
【００３９】
倍率乗算部３２１，３２３は、不感帯処理後の操作量差δＭＶをＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２に変換するための構成要素である。倍率乗算部３２１，３２３は、次式に示すように操作量差δＭＶに倍率Ａ１，Ａ２を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出する。
ΔＳＰ１＝δＭＶ×Ａ１ ・・・（３）
ΔＳＰ２＝δＭＶ×Ａ２ ・・・（４）
【００４０】
冷房・冷却時にはゾーンＺ１用の倍率Ａ１が正の値、ゾーンＺ２用の倍率Ａ２が負の値になる。例えば倍率Ａ１が０．０２であれば、操作量差δＭＶが５０％のときにＳＰ補正量ΔＳＰ１は１．０℃になり、倍率Ａ２が−０．０２であれば、操作量差δＭＶが５０％のときにＳＰ補正量ΔＳＰ２は−１．０℃になる。また、暖房・加熱時には倍率Ａ１が負の値、倍率Ａ２が正の値になる。
【００４１】
上下限処理部３２２，３２４は、ＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２が無制限に広がり過ぎないように制限するための構成要素である。上下限処理部３２２は、ＳＰ補正量ΔＳＰ１が予め設定された上限値ΔＳＰｍａｘ（例えば＋３．０℃）より大きい場合、ΔＳＰ１＝ΔＳＰｍａｘとし、ＳＰ補正量ΔＳＰ１が予め設定された下限値ΔＳＰｍｉｎ（例えば−３．０℃）より小さい場合、ΔＳＰ１＝ΔＳＰｍｉｎとする上下限処理を行う。すなわち、上下限処理部３２２は以下の式を実行する。
ＩＦ ΔＳＰ１＞ΔＳＰｍａｘ ＴＨＥＮ ΔＳＰ１＝ΔＳＰｍａｘ ・・・（５）
ＩＦ ΔＳＰ１＜ΔＳＰｍｉｎ ＴＨＥＮ ΔＳＰ１＝ΔＳＰｍｉｎ ・・・（６）
【００４２】
このような上下限処理により、ＳＰ補正量ΔＳＰ１を例えば±３．０℃以内に制限することができる。上下限処理部３２４のＳＰ補正量ΔＳＰ２に対する上下限処理も同じである。
【００４３】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図７は制御装置の動作を示すフローチャートである。
設定値ＳＰ１は、例えばゾーンＺ１の居住者によって設定され、コントローラ２−１の設定値ＳＰ入力部２０−１を介してＰＩＤ演算部２２−１に入力される（ステップＳ１００）。設定値ＳＰ２は、例えばゾーンＺ２の居住者によって設定され、コントローラ２−２の設定値ＳＰ入力部２０−２を介してＰＩＤ演算部２２−２に入力される（ステップＳ１０１）。
【００４４】
制御量ＰＶ１は、センサ４−１によって計測され、コントローラ２−１の制御量ＰＶ入力部２１−１を介してＰＩＤ演算部２２−１に入力される（ステップＳ１０２）。制御量ＰＶ２は、センサ４−２によって計測され、コントローラ２−２の制御量ＰＶ入力部２１−２を介してＰＩＤ演算部２２−２に入力される（ステップＳ１０３）。
【００４５】
ＰＩＤ演算部２２−１内の加算部２２０−１は、次式に示すように設定値ＳＰ１に１制御周期前に算出されたＳＰ補正量ΔＳＰ１を加算して設定値ＳＰ１を補正し（ステップＳ１０４）、ＰＩＤ演算部２２−２内の加算部２２０−２は、設定値ＳＰ２に１制御周期前に算出されたＳＰ補正量ΔＳＰ２を加算して設定値ＳＰ２を補正する（ステップＳ１０５）。なお、動作開始後の最初の制御周期では、ＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２の初期値は０である。
ＳＰ１’＝ＳＰ１＋ΔＳＰ１ ・・・（７）
ＳＰ２’＝ＳＰ２＋ΔＳＰ２ ・・・（８）
【００４６】
続いて、ＰＩＤ演算部２２−１は、補正後の設定値ＳＰ１’と制御量ＰＶ１に基づいて、次式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ１を算出し（ステップＳ１０６）、ＰＩＤ演算部２２−２は、補正後の設定値ＳＰ２’と制御量ＰＶ２に基づいて操作量ＭＶ２を算出する（ステップＳ１０７）。
ＭＶ１＝Ｋｇ１｛１＋（１／Ｔｉ１ｓ）＋Ｔｄ１ｓ｝（ＳＰ１’−ＰＶ１）
・・・（９）
ＭＶ２＝Ｋｇ２｛１＋（１／Ｔｉ２ｓ）＋Ｔｄ２ｓ｝（ＳＰ２’−ＰＶ２）
・・・（１０）
【００４７】
式（９）、式（１０）において、Ｋｇ１，Ｋｇ２は比例ゲイン、Ｔｉ１，Ｔｉ２は積分時間、Ｔｄ１，Ｔｄ２は微分時間である。
操作量ＭＶ出力部２３−１，２３−２は、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２をそれぞれ空調機５−１，５−２のアクチュエータに出力すると共に連携動作演算部３に出力する。なお、冷房・冷却時には、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２は、算出した操作量ＭＶ１，ＭＶ２をそれぞれ反転させた上で出力する。すなわち、０％の操作量ＭＶを１００％とし、１００％の操作量ＭＶを０％とするといったように反転させて出力する。
【００４８】
連携動作演算部３の操作量差算出部３１−１は、コントローラ２−１から出力された操作量ＭＶ１を受け取ると共に、コントローラ２−２から出力された操作量ＭＶ２を比較操作量入力部３０−１を介して受け取る。操作量差算出部３１−２は、コントローラ２−２から出力された操作量ＭＶ２を受け取ると共に、コントローラ２−１から出力された操作量ＭＶ１を比較操作量入力部３０−２を介して受け取る。
【００４９】
操作量差算出部３１−１内のダンピング処理部３１０，３１１は、それぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２をダンピング処理し（ステップＳ１０８）、同様に操作量差算出部３１−２内のダンピング処理部３１０，３１１は、操作量ＭＶ１，ＭＶ２をダンピング処理する（ステップＳ１０９）。
【００５０】
続いて、操作量差算出部３１−１内の減算部３１２は、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１とＭＶ２とから操作量差δＭＶを式（１）のように算出し（ステップＳ１１０）、同様に操作量差算出部３１−２内の減算部３１２は、操作量差δＭＶを算出する（ステップＳ１１１）。
【００５１】
次に、ＳＰ補正量算出部３２−１内の不感帯処理部３２０は、操作量差算出部３１−１から出力された操作量差δＭＶに対して式（２）で説明したような不感帯処理を行い（ステップＳ１１２）、同様にＳＰ補正量算出部３２−２内の不感帯処理部３２０は、操作量差算出部３１−２から出力された操作量差δＭＶに対して不感帯処理を行う（ステップＳ１１３）。
【００５２】
ＳＰ補正量算出部３２−１内の倍率乗算部３２１は、不感帯処理後の操作量差δＭＶに倍率Ａ１を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ１を算出し（ステップＳ１１４）、ＳＰ補正量算出部３２−２内の倍率乗算部３２３は、不感帯処理後の操作量差δＭＶに倍率Ａ２を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ２を算出する（ステップＳ１１５）。
【００５３】
ＳＰ補正量算出部３２−１内の上下限処理部３２２は、ＳＰ補正量ΔＳＰ１に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＳＰ補正量ΔＳＰ１をＰＩＤ演算部２２−１に出力する（ステップＳ１１６）。ＳＰ補正量算出部３２−２内の上下限処理部３２４は、ＳＰ補正量ΔＳＰ２に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＳＰ補正量ΔＳＰ２をＰＩＤ演算部２２−２に出力する（ステップＳ１１７）。
【００５４】
以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１１７の処理が例えば空調システムのオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ１１８においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００５５】
図８は、従来の空調システムと本実施の形態の空調システムの冷房・冷却時の数値例を示す図である。図８（Ａ）に示すように、例えばゾーンＺ１の設定値ＳＰ１とゾーンＺ２の設定値ＳＰ２がともに２５．０℃であるとき、ゾーンＺ１の制御量ＰＶ１とゾーンＺ２の制御量ＰＶ２はともに２５．０℃に制御される。このとき、ゾーン間に温度干渉があったとしても、ゾーンＺ１の実質温度（室温）ＲＴ１とゾーンＺ２の実質温度（室温）ＲＴ２はともに２５．０℃になる。
【００５６】
ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１が９５．０％でゾーンＺ２の操作量ＭＶ２が２５．０％であったとすると、従来の空調システムでは、操作量差δＭＶが７０．０％（９５．０−２５．０％）のまま維持されることになる。このように、ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１が９５．０％という極めて高い値になっていることが、エネルギー消費量が大きくなる要因になる。
【００５７】
一方、図８（Ａ）に示した状況に対して本実施の形態を適用すると、操作量差δＭＶ＝７０．０％（９５．０−２５．０％）に対して、例えば±２０％の不感帯処理が実行され操作量差δＭＶが５０．０％になる。そして、ゾーンＺ１については操作量差δＭＶ＝５０．０％に例えば０．０２の倍率Ａ１が乗算され、ＳＰ補正量ΔＳＰ１が１．０℃になり、ゾーンＺ２については操作量差δＭＶ＝５０．０％に例えば−０．０２の倍率Ａ２が乗算され、ＳＰ補正量ΔＳＰ２が−１．０℃になる。
【００５８】
この結果、ゾーンＺ１の設定値ＳＰ１は２５．０℃から２６．０℃になり、ゾーンＺ２の設定値ＳＰ２は２５．０℃から２４．０℃になる（図８（Ｂ））。設定値ＳＰ１が２６．０℃になることは冷房要求が下がる側に補正されたことを意味し、設定値ＳＰ２が２４．０℃になることは冷房要求が上がる側に補正されたことを意味する。
【００５９】
設定値ＳＰ１，ＳＰ２の補正により、ゾーンＺ１の制御量ＰＶ１は２６．０℃に制御され、ゾーンＺ２の制御量ＰＶ２は２４．０℃に制御される（図８（Ｃ））。このとき、操作量ＭＶと制御量ＰＶとの間には図２０（Ｂ）に示したような非線形な関係があり、またゾーンＺ２の操作量ＭＶ２に比べてゾーンＺ１の操作量ＭＶ１の方が大きいので、制御量ＰＶ１を１度上げるための操作量ＭＶ１の変化分と、制御量ＰＶ２を１度下げるための操作量ＭＶ２の変化分とを比べると、操作量ＭＶ１の変化分の方が大きい。例えば操作量ＭＶ１は６５．０％になり、操作量ＭＶ２は４５．０％になるというように、エネルギー効率の悪い側の操作量ＭＶ１が小さめ方向にｄＭＶ１＝３０．０％だけ制御され、エネルギー効率の良い側の操作量ＭＶ２は大きめ方向にｄＭＶ２＝２０．０％（ｄＭＶ１＞ｄＭＶ２）だけ制御される。
【００６０】
ゾーンＺ１とＺ２との間には温度干渉があるので、ゾーンＺ１の実質温度（室温）ＲＴ１は例えば２５．５℃になり、ゾーンＺ２の実質温度（室温）ＲＴ２は例えば２４．５℃になる。最終的には、エネルギー消費量の抑制効果が得られる適度な平衡点に収束する。
このように、本実施の形態では、ゾーン干渉と、操作量ＭＶと制御量ＰＶとの非線形性を利用することで、制御量ＰＶを設定値ＳＰに近づける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けながらも、エネルギー消費量を抑制することが可能になる。
【００６１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図９は本発明の第２の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
１ａは空調制御の対象となる空間、Ｚ１〜Ｚ６は空間１ａを分割した６つのゾーン、２−１〜２−６はゾーンＺ１〜Ｚ６毎に温度制御を行うコントローラ、３ａは連携動作演算部、４−１〜４−６はゾーンＺ１〜Ｚ６の制御量ＰＶ１〜ＰＶ６を計測するセンサ、５−１〜５−６はゾーンＺ１〜Ｚ６に冷温風を供給する空調機、６−１〜６−６はゾーンＺ１〜Ｚ６の冷温風出口である。
【００６２】
本実施の形態は、大規模の空間１ａを６つのゾーンＺ１〜Ｚ６に分けて温度制御を行なうものである。この場合、通常のシングルループの制御系を６ループ構成する。
図１０に本実施の形態の空調システムで用いる制御装置の構成を示す。制御装置は、コントローラ２−１〜２−６と、連携動作演算部３ａとからなる。
【００６３】
コントローラ２−１〜２−６は、設定値ＳＰ入力部２０−１〜２０−６と、制御量ＰＶ入力部２１−１〜２１−６と、御演算手段となるＰＩＤ演算部２２−１〜２２−６と、操作量ＭＶ出力部２３−１〜２３−６とを、それぞれゾーンＺ１〜Ｚ６毎に備える。
【００６４】
連携動作演算部３ａは、比較操作量入力部３０ａ−１〜３０ａ−６と、操作量差算出部３１ａ−１〜３１ａ−６と、ＳＰ補正量算出部３２ａ−１〜３２ａ−６とを、それぞれゾーンＺ１〜Ｚ６毎に備える。
【００６５】
図１１に、本実施の形態における制御系のブロック線図を示す。第１の実施の形態と同様に、制御対象Ｐ１とＰＩＤ演算部２２−１とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ１に形成される。その他のゾーンＺ２〜Ｚ６についても同様である。なお、図１１では、ゾーンＺ１の制御系のみを示し、他のゾーンＺ２〜Ｚ６の制御系については記載を省略している。
【００６６】
ＭＶａ１はゾーンＺ１と隣接するゾーンの平均操作量である。図１２に示すＺ１０を制御対象のゾーンとしたとき、隣接するゾーンとはゾーンＺ１２，Ｚ１４，Ｚ１５，Ｚ１７のことを言う。例えば図９におけるゾーンＺ１の隣接ゾーンは、ゾーンＺ２，Ｚ４であり、ゾーンＺ２の隣接ゾーンは、ゾーンＺ１，Ｚ３，Ｚ５である。なお、隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ１は、単純な平均値に限るものではなく、隣接するゾーンの操作量の加重平均値としてもよい。この場合は、ゾーン間干渉の影響を考慮して、各操作量に乗算する加重を調整すればよい。
【００６７】
操作量差算出部３１ａ−１とＳＰ補正量算出部３２ａ−１とは、操作量差δＭＶ１を算出し、操作量差δＭＶ１を設定値ＳＰ１に対するＳＰ補正量ΔＳＰ１に変換してＰＩＤ演算部２２−１に帰還させる連携制御系を構成している。
【００６８】
図１３に、本実施の形態における好適な制御系のブロック線図を示す。図１３は、図１１に示した制御系のより好適かつ詳細な構成を示している。
操作量差算出部３１ａ−１内のダンピング処理部３１０の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００６９】
操作量差算出部３１ａ−１内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ１と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ１を算出する。上記のようにゾーンＺ１の隣接ゾーンがゾーンＺ２，Ｚ４であるとすれば、平均操作量ＭＶａ１は以下のようになる。
ＭＶａ１＝（ＭＶ２＋ＭＶ４）／２ ・・・（１１）
【００７０】
上記のとおり、平均操作量ＭＶａ１は、隣接するゾーンの操作量の加重平均値でもよく、この場合、平均操作量ＭＶａ１は以下のようになる。
ＭＶａ１＝（Ｗ２×ＭＶ２＋Ｗ４×ＭＶ４）／（Ｗ２＋Ｗ４） ・・・（１２）
加重Ｗ２，Ｗ４は、それぞれゾーンＺ２，Ｚ４とゾーンＺ１との間の制御量の干渉を考慮して調整すればよい。
【００７１】
ダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ１の高周波のふらつきを削減するための構成要素である。ダンピング処理部３１４は、例えば１次遅れの時間遅れ特性のローパスフィルタで実現すればよい。平均操作量ＭＶａ１のダンピング処理の時定数をＴａとすると、ダンピング処理部３１４の伝達関数は１／（１＋Ｔａｓ）となる。
【００７２】
減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１と平均操作量ＭＶａ１との差である操作量差δＭＶ１を次式のように算出する。
δＭＶ１＝ＭＶ１−ＭＶａ１ ・・・（１３）
【００７３】
ＳＰ補正量算出部３２ａ−１内の不感帯処理部３２０と倍率乗算部３２１と上下限処理部３２２の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
ここまでゾーンＺ１の処理について説明したが、他のゾーンについても同様の処理を行えばよい。
【００７４】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図１４は制御装置の動作を示すフローチャートである。なお、図１４では、記載を容易にするために、ゾーンＺ１〜Ｚ３の処理についてのみ記載している。
【００７５】
設定値ＳＰ１は、例えばゾーンＺ１の居住者によって設定され、コントローラ２−１の設定値ＳＰ入力部２０−１を介してＰＩＤ演算部２２−１に入力される（ステップＳ２００）。設定値ＳＰ２は、例えばゾーンＺ２の居住者によって設定され、コントローラ２−２の設定値ＳＰ入力部２０−２を介してＰＩＤ演算部２２−２に入力される（ステップＳ２０１）。設定値ＳＰ３は、例えばゾーンＺ３の居住者によって設定され、コントローラ２−３の設定値ＳＰ入力部２０−３を介してＰＩＤ演算部２２−３に入力される（ステップＳ２０２）。
【００７６】
制御量ＰＶ１は、センサ４−１によって計測され、コントローラ２−１の制御量ＰＶ入力部２１−１を介してＰＩＤ演算部２２−１に入力される（ステップＳ２０３）。制御量ＰＶ２は、センサ４−２によって計測され、コントローラ２−２の制御量ＰＶ入力部２１−２を介してＰＩＤ演算部２２−２に入力される（ステップＳ２０４）。制御量ＰＶ３は、センサ４−３によって計測され、コントローラ２−３の制御量ＰＶ入力部２１−３を介してＰＩＤ演算部２２−３に入力される（ステップＳ２０５）。
【００７７】
ＰＩＤ演算部２２−１内の加算部２２０−１は、式（７）に示したように設定値ＳＰ１に１制御周期前に算出されたＳＰ補正量ΔＳＰ１を加算して設定値ＳＰ１を補正する（ステップＳ２０６）。ＰＩＤ演算部２２−２内の加算部は、式（８）に示したように設定値ＳＰ２に１制御周期前に算出されたＳＰ補正量ΔＳＰ２を加算して設定値ＳＰ２を補正する（ステップＳ２０７）。ＰＩＤ演算部２２−３内の加算部は、次式に示すように設定値ＳＰ３に１制御周期前に算出されたＳＰ補正量ΔＳＰ３を加算して設定値ＳＰ３を補正する（ステップＳ２０８）。なお、動作開始後の最初の制御周期では、ＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２，ΔＳＰ３の初期値は０である。
ＳＰ３’＝ＳＰ３＋ΔＳＰ３ ・・・（１４）
【００７８】
続いて、ＰＩＤ演算部２２−１は、式（９）のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ１を算出する（ステップＳ２０９）。ＰＩＤ演算部２２−２は、式（１０）のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ２を算出する（ステップＳ２１０）。ＰＩＤ演算部２２−３は、次式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ３を算出する（ステップＳ２１１）。
ＭＶ３＝Ｋｇ３｛１＋（１／Ｔｉ３ｓ）＋Ｔｄ３ｓ｝（ＳＰ３’−ＰＶ３）
・・・（１５）
【００７９】
式（１５）において、Ｋｇ３は比例ゲイン、Ｔｉ３は積分時間、Ｔｄ３は微分時間である。そして、操作量ＭＶ出力部２３−１，２３−２，２３−３は、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２，２２−３から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３をそれぞれ空調機５−１，５−２，５−３のアクチュエータに出力すると共に連携動作演算部３ａに出力する。なお、冷房・冷却時には、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２，２２−３は、算出した操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３をそれぞれ反転させた上で出力する。
【００８０】
連携動作演算部３ａの操作量差算出部３１ａ−１は、コントローラ２−１から出力された操作量ＭＶ１を受け取ると共に、他のコントローラ２−２〜２−６から出力された操作量ＭＶ２〜ＭＶ６を比較操作量入力部３０ａ−１を介して受け取る。操作量差算出部３１ａ−２は、コントローラ２−２から出力された操作量ＭＶ２を受け取ると共に、他のコントローラ２−１，２−３〜２−６から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ３〜ＭＶ６を比較操作量入力部３０ａ−２を介して受け取る。操作量差算出部３１ａ−３は、コントローラ２−３から出力された操作量ＭＶ３を受け取ると共に、他のコントローラ２−１，２−２，２−４〜２−６から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ４〜ＭＶ６を比較操作量入力部３０ａ−３を介して受け取る。
【００８１】
操作量差算出部３１ａ−１，３１ａ−２，３１ａ−３内のダンピング処理部３１０は、それぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３をダンピング処理する（ステップＳ２１２，Ｓ２１３，Ｓ２１４）。操作量差算出部３１ａ−１内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ１と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ１を式（１１）または式（１２）に示したように算出する（ステップＳ２１５）。
【００８２】
図９におけるゾーンＺ２の隣接ゾーンは、ゾーンＺ１，Ｚ３，Ｚ５である。操作量差算出部３１ａ−２内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ２と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ２を次式のように算出する（ステップＳ２１６）。
ＭＶａ２＝（ＭＶ１＋ＭＶ３＋ＭＶ５）／３ ・・・（１６）
【００８３】
平均操作量ＭＶａ２を隣接ゾーンの操作量の加重平均値とする場合は、平均操作量ＭＶａ２は以下のようになる。
ＭＶａ２＝（Ｗ１×ＭＶ１＋Ｗ３×ＭＶ３＋Ｗ５×ＭＶ５）／（Ｗ１＋Ｗ３＋Ｗ５）
・・・（１７）
加重Ｗ１，Ｗ３，Ｗ５は、それぞれゾーンＺ１，Ｚ３，Ｚ５とゾーンＺ２との間の制御量の干渉を考慮して調整すればよい。
【００８４】
図９におけるゾーンＺ３の隣接ゾーンは、ゾーンＺ２，Ｚ６である。操作量差算出部３１ａ−３内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ３と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ３を次式のように算出する（ステップＳ２１７）。
ＭＶａ３＝（ＭＶ２＋ＭＶ６）／２ ・・・（１８）
【００８５】
平均操作量ＭＶａ３を隣接ゾーンの操作量の加重平均値とする場合は、平均操作量ＭＶａ３は以下のようになる。
ＭＶａ３＝（Ｗ２×ＭＶ２＋Ｗ６×ＭＶ６）／（Ｗ２＋Ｗ６）
・・・（１９）
加重Ｗ２，Ｗ６は、それぞれゾーンＺ２，Ｚ６とゾーンＺ３との間の制御量の干渉を考慮して調整すればよい。
【００８６】
操作量差算出部３１ａ−１内のダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ１をダンピング処理する（ステップＳ２１８）。操作量差算出部３１ａ−２内のダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ２をダンピング処理する（ステップＳ２１９）。操作量差算出部３１ａ−３内のダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ３をダンピング処理する（ステップＳ２２０）。
【００８７】
操作量差算出部３１ａ−１内の減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１と平均操作量ＭＶａ１とから操作量差δＭＶ１を式（１３）に示したように算出する（ステップＳ２２１）。
【００８８】
操作量差算出部３１ａ−２内の減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ２と平均操作量ＭＶａ２との差である操作量差δＭＶ２を次式のように算出する（ステップＳ２２２）。
δＭＶ２＝ＭＶ２−ＭＶａ２ ・・・（２０）
【００８９】
操作量差算出部３１ａ−３内の減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ３と平均操作量ＭＶａ３との差である操作量差δＭＶ３を次式のように算出する（ステップＳ２２３）。
δＭＶ３＝ＭＶ３−ＭＶａ３ ・・・（２１）
【００９０】
次に、ＳＰ補正量算出部３２ａ−１内の不感帯処理部３２０は、操作量差算出部３１ａ−１から出力された操作量差δＭＶ１に対して式（２）と同様の不感帯処理を行う（ステップＳ２２４）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−２内の不感帯処理部は、操作量差算出部３１ａ−２から出力された操作量差δＭＶ２に対して不感帯処理を行う（ステップＳ２２５）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−３内の不感帯処理部３２０は、操作量差算出部３１ａ−３から出力された操作量差δＭＶ３に対して不感帯処理を行う（ステップＳ２２６）。
【００９１】
ＳＰ補正量算出部３２ａ−１内の倍率乗算部３２１は、不感帯処理後の操作量差δＭＶ１に倍率Ａ１を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ１を算出する（ステップＳ２２７）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−２内の倍率乗算部は、不感帯処理後の操作量差δＭＶ２に倍率Ａ２を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ２を算出する（ステップＳ２２８）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−３内の倍率乗算部は、不感帯処理後の操作量差δＭＶ３に倍率Ａ３を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ３を算出する（ステップＳ２２９）。
【００９２】
ここで、冷房・冷却時には倍率Ａ１，Ａ２，Ａ３が正の値になり、暖房・加熱時には倍率Ａ１，Ａ２，Ａ３が負の値になる。
【００９３】
ＳＰ補正量算出部３２ａ−１内の上下限処理部３２２は、ＳＰ補正量ΔＳＰ１に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＳＰ補正量ΔＳＰ１をＰＩＤ演算部２２−１に出力する（ステップＳ２３０）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−２内の上下限処理部は、ＳＰ補正量ΔＳＰ２に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＳＰ補正量ΔＳＰ２をＰＩＤ演算部２２−２に出力する（ステップＳ２３１）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−３内の上下限処理部は、ＳＰ補正量ΔＳＰ３に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＳＰ補正量ΔＳＰ３をＰＩＤ演算部２２−３に出力する（ステップＳ２３２）。
【００９４】
以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２３２の処理が例えば空調システムのオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ２３３においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。図１４では、ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３の処理について説明したが、他のゾーンについても同様の処理を行えばよい。ゾーンＺ４，Ｚ５，Ｚ６用の倍率Ａ４，Ａ５，Ａ６は、倍率Ａ１，Ａ２，Ａ３の場合と同様に、冷房・冷却時には正の値になり、暖房・加熱時には負の値になる。
こうして、空間や加熱エリアを３つ以上のゾーンに分ける場合においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１５は本発明の第３の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に空間１を２つのゾーンＺ１，Ｚ２に分けて温度制御を行なうものであり、設定値ＳＰを補正する代わりに、制御量ＰＶを補正するようにしたものである。
【００９６】
図１６は本実施の形態の空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、コントローラ２ｂ−１，２ｂ−２と、連携動作演算部３ｂとからなる。
コントローラ２ｂ−１は、設定値ＳＰ入力部２０−１と、制御量ＰＶ入力部２１−１と、設定値ＳＰ１と制御量ＰＶ１とＰＶ補正量ΔＰＶ１に基づいて操作量ＭＶ１を算出するＰＩＤ演算部２２ｂ−１と、操作量ＭＶ出力部２３−１とを備える。同様に、コントローラ２−２は、設定値ＳＰ入力部２０−２と、制御量ＰＶ入力部２１−２と、設定値ＳＰ２と制御量ＰＶ２とＰＶ補正量ΔＰＶ２に基づいて操作量ＭＶ２を算出するＰＩＤ演算部２２ｂ−２と、操作量ＭＶ出力部２３−２とを備える。
【００９７】
連携動作演算部３ｂは、比較操作量入力部３０−１，３０−２と、操作量差算出部３１−１，３１−２と、ＰＶ補正量算出部３３−１，３３−２とを、それぞれゾーンＺ１，Ｚ２毎に備える。
【００９８】
図１７に、本実施の形態における制御系のブロック線図を示す。ΔＰＶ１，ΔＰＶ２はゾーンＺ１，Ｚ２のＰＶ補正量である。ＰＩＤ演算部２２ｂ−１，２２ｂ−２は、制御量ＰＶ１，ＰＶ２からＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２を減算する減算部２２１−１，２２１−２を内部に備えている。
【００９９】
操作量差算出部３１−１，３１−２とＰＶ補正量算出部３３−１，３３−２とは、操作量差δＭＶを算出し、操作量差δＭＶを制御量ＰＶ１，ＰＶ２に対するＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２に変換してＰＩＤ演算部２２ｂ−１，２２ｂ−２に帰還させる連携制御系を構成している。
【０１００】
図１８に、本実施の形態における好適な制御系のブロック線図を示す。図１８は、図１７に示した制御系のより好適かつ詳細な構成を示している。
ＰＶ補正量算出部３３−１，３３−２内の不感帯処理部３３０は、それぞれ操作量差δＭＶに対して第１の実施の形態の不感帯処理部３２０と同様の処理を行う。
【０１０１】
倍率乗算部３３１，３３３は、不感帯処理後の操作量差δＭＶをＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２に変換するための構成要素である。倍率乗算部３３１，３３３は、次式に示すように操作量差δＭＶに倍率Ａ１，Ａ２を乗算してＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２を算出する。
ΔＰＶ１＝δＭＶ×Ａ１ ・・・（２２）
ΔＰＶ２＝δＭＶ×Ａ２ ・・・（２３）
【０１０２】
第１の実施の形態と同様に、冷房・冷却時にはゾーンＺ１用の倍率Ａ１が正の値、ゾーンＺ２用の倍率Ａ２が負の値になる。また、暖房・加熱時には倍率Ａ１が負の値、倍率Ａ２が正の値になる。
【０１０３】
上下限処理部３３２，３３４は、それぞれＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２に対して第１の実施の形態の上下限処理部３２２，３２４と同様の処理を行う。
【０１０４】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図１９は制御装置の動作を示すフローチャートである。
図１９のステップＳ３００〜Ｓ３０３の処理は、第１の実施の形態のステップＳ１００〜Ｓ１０３と同じである。
【０１０５】
ＰＩＤ演算部２２ｂ−１内の減算部２２１−１は、次式に示すように制御量ＰＶ１から１制御周期前に算出されたＰＶ補正量ΔＰＶ１を減算して制御量ＰＶ１を補正し（ステップＳ３０４）、ＰＩＤ演算部２２ｂ−２内の減算部２２１−２は、制御量ＰＶ２から１制御周期前に算出されたＰＶ補正量ΔＰＶ２を減算して制御量ＰＶ２を補正する（ステップＳ３０５）。なお、動作開始後の最初の制御周期では、ＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２の初期値は０である。
ＰＶ１’＝ＰＶ１−ΔＰＶ１ ・・・（２４）
ＰＶ２’＝ＰＶ２−ΔＰＶ２ ・・・（２５）
【０１０６】
続いて、ＰＩＤ演算部２２ｂ−１は、設定値ＳＰ１と補正後の制御量ＰＶ１’に基づいて、次式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ１を算出し（ステップＳ３０６）、ＰＩＤ演算部２２ｂ−２は、設定値ＳＰ２と補正後の制御量ＰＶ２’に基づいて操作量ＭＶ２を算出する（ステップＳ３０７）。
ＭＶ１＝Ｋｇ１｛１＋（１／Ｔｉ１ｓ）＋Ｔｄ１ｓ｝（ＳＰ１−ＰＶ１’）
・・・（２６）
ＭＶ２＝Ｋｇ２｛１＋（１／Ｔｉ２ｓ）＋Ｔｄ２ｓ｝（ＳＰ２−ＰＶ２’）
・・・（２７）
【０１０７】
そして、操作量ＭＶ出力部２３−１，２３−２は、ＰＩＤ演算部２２ｂ−１，２２ｂ−２から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２をそれぞれ空調機５−１，５−２のアクチュエータに出力すると共に連携動作演算部３ｂに出力する。なお、冷房・冷却時には、ＰＩＤ演算部２２ｂ−１，２２ｂ−２は、算出した操作量ＭＶ１，ＭＶ２をそれぞれ反転させた上で出力する。
【０１０８】
ステップＳ３０８〜Ｓ３１１の処理は、第１の実施の形態のステップＳ１０８〜Ｓ１１１と同じである。
次に、ＰＶ補正量算出部３３−１内の不感帯処理部３３０は、操作量差算出部３１−１から出力された操作量差δＭＶに対して不感帯処理を行い（ステップＳ３１２）、同様にＰＶ補正量算出部３３−２内の不感帯処理部３３０は、操作量差算出部３１−２から出力された操作量差δＭＶに対して不感帯処理を行う（ステップＳ３１３）。
【０１０９】
ＰＶ補正量算出部３３−１内の倍率乗算部３３１は、不感帯処理後の操作量差δＭＶに倍率Ａ１を乗算してＰＶ補正量ΔＰＶ１を算出し（ステップＳ３１４）、ＰＶ補正量算出部３３−２内の倍率乗算部３３３は、不感帯処理後の操作量差δＭＶに倍率Ａ２を乗算してＰＶ補正量ΔＰＶ２を算出する（ステップＳ３１５）。
【０１１０】
ＰＶ補正量算出部３３−１内の上下限処理部３３２は、ＰＶ補正量ΔＰＶ１に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＰＶ補正量ΔＰＶ１をＰＩＤ演算部２２ｂ−１に出力する（ステップＳ３１６）。ＰＶ補正量算出部３３−２内の上下限処理部３３４は、ＰＶ補正量ΔＰＶ２に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＰＶ補正量ΔＰＶ２をＰＩＤ演算部２２ｂ−２に出力する（ステップＳ３１７）。
【０１１１】
以上のようなステップＳ３００〜Ｓ３１７の処理が例えば空調システムのオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ３１８においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【０１１２】
以上説明したように、設定値ＳＰを補正する代わりに、制御量ＰＶを補正する場合には、設定値ＳＰの場合と同様にしてＰＶ補正量ΔＰＶを算出し、制御量ＰＶからＰＶ補正量ΔＰＶを減算すればよい。
同様に、第２の実施の形態においても、制御量ＰＶを補正する場合には、制御量ＰＶからＰＶ補正量ΔＰＶを減算すればよい。
【０１１３】
なお、第１〜第３の実施の形態において、コントローラの制御アルゴリズムとしては、最も汎用的に利用されているＰＩＤが実用上好適であるが、ＩＭＣ（Internal Model Control）やＳＡＣ（Simple Adaptive Control）などであってもよい。
【０１１４】
また、以上の説明では、強非線形系を対象とする場合に省エネルギーという観点から優れた効果が得られるものとしているが、電気ヒータを用いて複数のゾーンを加熱する場合にも、操作量差を小さくすることで最大の操作量が出力される制御ループの操作量が小さく制御されて電気ヒータの寿命を延ばす効果が得られる。すなわち、本発明の構成の有効性は、強非線形系を対象とする場合に限られない。
【０１１５】
第１〜第３の実施の形態で説明したコントローラ２−１〜２−６，２ｂ−１，２ｂ−２および連携動作演算部３，３ａ，３ｂは、ＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第３の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、マルチループ系の制御装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の原理を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における制御系のブロック線図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における好適な制御系のブロック線図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における不感帯処理部の入出力特性を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】従来の空調システムと本発明の第１の実施の形態に係る空調システムの冷房・冷却時の数値例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における制御系のブロック線図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における空間の隣接ゾーンを説明するための図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態における好適な制御系のブロック線図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態における制御系のブロック線図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態における好適な制御系のブロック線図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図２０】強非線形系における操作量と制御量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１，１ａ…空間、２−１〜２−６，２ｂ−１，２ｂ−２…コントローラ、３，３ａ，３ｂ…連携動作演算部、４−１〜４−６…センサ、５−１〜５−６…空調機、６−１〜６−６…冷温風出口、２０−１〜２０−６…設定値ＳＰ入力部、２１−１〜２１−６…制御量ＰＶ入力部、２２−１〜２２−６，２２ｂ−１，２２ｂ−２…ＰＩＤ演算部、２３−１〜２３−６…操作量ＭＶ出力部、３０−１，３０−２，３０ａ−１〜３０ａ−６…比較操作量入力部、３１−１，３１−２，３１−１ａ〜３１ａ−６…操作量差算出部、３２−１，３２−２，３２ａ−１〜３２ａ−６…ＳＰ補正量算出部、３１０，３１１，３１４…ダンピング処理部、３１２，３１２ａ…減算部、３２０，３３０…不感帯処理部、３２１，３２３，３３１，３３３…倍率乗算部、３２２，３２４，３３２，３３４…上下限処理部、３１３…平均操作量算出部、Ｚ１〜Ｚ６…ゾーン。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御対象を空間的に分割した複数のゾーンをそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
大規模あるいは中規模の空間を対象とした空調システムや、複数の加熱エリアを持つ加熱処理装置では、空間や加熱エリアを複数のゾーンに分割し、個々のゾーンにシングルループの制御系を形成して、温度制御や湿度制御を行う。このような温度制御や湿度制御においては、制御対象の状態量として制御量ＰＶと、その状態量に対する目標数値として設定値ＳＰと、制御量ＰＶを設定値ＳＰに制御するための制御指令として操作量ＭＶとが、コントローラにより処理される。このとき、操作量ＭＶと制御量ＰＶとの関係は、その制御系において採用されるアクチュエータや制御対象の特性に依存して非線形な関係になる。そのようないわゆる非線形な制御系であっても、線形な制御手法（例えばＰＩＤ）が広く利用されている。
【０００３】
空間や加熱エリアを複数のゾーンに分割し、個々のゾーンにシングルループの制御系を形成する場合、各制御系の制御量ＰＶは必ずしも同一の速度で変化するものではない。各制御系の制御量変化に速度差がある場合、最も変化の遅い最遅制御系以外の制御系の応答が最遅制御系の応答よりも速く進むため、最遅制御系以外の制御系のコントローラは最遅制御系の応答が完了するまで整定状態を維持しつつ待機しなければならない。したがって、これらのコントローラでは、応答完了後の整定状態を維持しつつ待機する整定待機時間が発生し、この整定待機時間の分だけエネルギー消費量が大きくなるという問題があった。
【０００４】
そこで、特許文献１に開示された制御方法では、制御量変化が最も遅い第１制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、第１制御ループ以外の他の制御ループの制御量が第１制御ループの制御量に同期して自動的に変化するように、他の制御ループの設定値をステップ応答の進捗度に基づいて補正してコントローラに与えるようにしている。これにより、特許文献１に開示された制御方法では、他の制御ループのコントローラの整定待機時間を削減し、省エネルギーを実現している。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０４９４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
操作量ＭＶと制御量ＰＶとの関係が非線形な関係であって、この非線形性の程度が大きくなると、いわゆる強非線形系になる。強非線形系では、操作量ＭＶが大きくなると、制御量ＰＶを変化させる影響力が小さくなる。すなわち、制御量ＰＶに対する操作量ＭＶの影響力が飽和する状態となる。この状態を操作量ＭＶと制御量ＰＶとの関係で図示すると、例えば図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）に示すような関係になる。図２０（Ａ）は暖房・加熱制御の場合、図２０（Ｂ）は冷房・冷却制御の場合である。図２０（Ａ）、図２０（Ｂ）によれば、操作量ＭＶが大きくなるほど、操作量ＭＶの変化ΔＭＶに対する制御量ＰＶの変化ΔＰＶが小さくなっていることが分かる。
【０００７】
強非線形系においては、操作量ＭＶが大きいほど、制御量ＰＶの変化ΔＰＶに対する効果が小さくなるので、結果的にエネルギー効率が落ちるという問題点があった。つまり、操作量ＭＶが大きいことはエネルギー消費量の点では不利なわけであるが、制御量ＰＶを設定値ＳＰに近づけるためには必要なエネルギーであり、エネルギー消費量を抑えることはできない。操作量ＭＶを小さくすれば、エネルギー消費量を抑えることができるが、この場合には制御量ＰＶを所望の設定値ＳＰに近づけることが難しくなる。
【０００８】
特許文献１に開示された制御方法では、制御の過渡状態のエネルギー消費量を改善することができるが、制御の整定状態は改善の対象にはなっておらず、整定状態のエネルギー消費量を抑制することはできない。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、マルチループの制御系において制御量を設定値に近づける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けつつ、過渡状態、整定状態に関係なくエネルギー消費量を抑制することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、制御対象を空間的に分割した複数のゾーンをそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、各制御ループの制御量ＰＶとこれに対応する各制御ループの設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する複数の制御演算手段と、算出された複数の前記操作量のうち、特定の第１の操作量と他の第２の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手段と、前記操作量差に基づいて各制御ループの前記設定値ＳＰまたは制御量ＰＶに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手段とを備え、前記補正量算出手段は、前記第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように前記補正量を算出することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量差算出手段は、前記第１の操作量から前記第２の操作量を減算して前記操作量差を算出するものであり、前記補正量は、設定値ＳＰに加算または制御量ＰＶから減算されるものであり、前記補正量算出手段は、前記操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する倍率乗算手段を備え、冷房・冷却時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が正の値であり、暖房・加熱時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が負の値であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量差算出手段は、前記第１の操作量と第２の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手段と、前記ダンピング処理後の第１の操作量からダンピング処理後の第２の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手段とを備え、前記補正量算出手段は、前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手段と、前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手段と、算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量差算出手段は、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第１の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第２の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記操作量差算出手段と補正量算出手段とは、制御対象を空間的に２つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に設けられ、各操作量差算出手段は、制御対象のゾーンの操作量を前記第１の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第２の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記第２の操作量は、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の加重平均値である。
【００１２】
また、本発明の制御方法は、各制御ループの制御量ＰＶとこれに対応する各制御ループの設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する制御演算手順と、算出された複数の前記操作量のうち、特定の第１の操作量と他の第２の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手順と、前記操作量差に基づいて各制御ループの前記設定値ＳＰまたは制御量ＰＶに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手順とを備え、前記補正量算出手順は、前記第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように前記補正量を算出することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記操作量差算出手順は、前記第１の操作量から前記第２の操作量を減算して前記操作量差を算出するものであり、前記補正量は、設定値ＳＰに加算または制御量ＰＶから減算されるものであり、前記補正量算出手順は、前記操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する倍率乗算手順を備え、冷房・冷却時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が正の値であり、暖房・加熱時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が負の値であることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記操作量差算出手順は、前記第１の操作量と第２の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手順と、前記ダンピング処理後の第１の操作量からダンピング処理後の第２の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手順とを備え、前記補正量算出手順は、前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手順と、前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手順と、算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手順とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記操作量差算出手順は、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第１の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第２の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とするものである。
また、本発明の制御方法の１構成例において、前記操作量差算出手順と補正量算出手順とは、制御対象を空間的に２つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に実行され、各操作量差算出手順は、制御対象のゾーンの操作量を前記第１の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第２の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、各制御ループの制御量ＰＶとこれに対応する各制御ループの設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する複数の制御演算手段と、算出された複数の操作量のうち、特定の第１の操作量と他の第２の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手段と、操作量差に基づいて各制御ループの設定値ＳＰまたは制御量ＰＶに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手段とを設け、補正量算出手段が、第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように補正量を算出することにより、マルチループの制御系において制御量を設定値に近づける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けつつ、過渡状態、整定状態に関係なくエネルギー消費量を抑制することができる。本発明は、特にゾーン間に制御量の干渉があるような制御対象に有効である。
【００１５】
また、本発明では、第１の操作量から第２の操作量を減算して操作量差を算出し、操作量差に所定の倍率を乗算して補正量を算出し、補正量を、設定値ＳＰに加算または制御量ＰＶから減算する。このとき、冷房・冷却時においては第１の操作量に対応する倍率を正の値とし、暖房・加熱時においては第１の操作量に対応する倍率を負の値とすることにより、第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように補正量を算出することができ、エネルギー消費量を抑制することができる。
【００１６】
また、本発明では、ダンピング処理手段を設けることにより、操作量の高周波のふらつきを削減することができる。また、本発明では、不感帯処理手段を設けることにより、操作量差を無視してよい数値範囲を規定することができる。また、本発明では、上下限処理手段を設けることにより、補正量が無制限に広がり過ぎないように制限することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
［発明の原理］
大規模あるいは中規模の空間を対象とした空調システムや、複数の加熱エリアを持つ加熱処理装置では、空間や加熱エリアを複数のゾーンに分割し、個々のゾーンにシングルループの制御系を形成して、温度制御や湿度制御を行う。このような構成は、全体として見れば、マルチループの制御系を形成していることになる。通常、マルチループの制御系では、ゾーン間に温度干渉のような状態量干渉が発生することに特徴がある。この状態量干渉を利用し、操作量差を小さくする操作を与えることで、制御量ＰＶを設定値ＳＰに近付ける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けながらも、エネルギー的な不利を緩和することが可能になることに、発明者は着眼した。
【００１８】
図１は本発明の原理を説明するためのフローチャートである。ここでは、対象となる空間を２つのゾーンＺ１，Ｚ２に分割して冷房・冷却制御を行う場合について説明する。
ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１とゾーンＺ２の操作量ＭＶ２（ＭＶ１＞ＭＶ２）に対して、操作量差δＭＶ（＝ＭＶ１−ＭＶ２）を小さくするような、設定値（温度）ＳＰ１，ＳＰ２の補正量であるＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出する（ステップＳ１）。
【００１９】
ＳＰ補正量ΔＳＰ１により、操作量の大きい側の設定値ＳＰ１が高めに補正される（ステップＳ２）。
ＳＰ補正量ΔＳＰ２により、操作量の小さい側の設定値ＳＰ２が低めに補正される（ステップＳ３）。
【００２０】
ゾーンＺ１の設定値ＳＰ１が高めに補正されたことにより、ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１は下降する方向に算出される（ステップＳ４）。
ゾーンＺ２の設定値ＳＰ２が低めに補正されたことにより、ゾーンＺ２の操作量ＭＶ２は上昇する方向に算出される（ステップＳ５）。
【００２１】
ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１が下がったことにより、ゾーンＺ１の制御量（温度）ＰＶ１は上昇する（ステップＳ６）。
ゾーンＺ２の操作量ＭＶ２が上がったことにより、ゾーンＺ２の制御量（温度）ＰＶ２は下降する（ステップＳ７）。
【００２２】
このとき、温度干渉があるので、ゾーンＺ１の制御量（温度）ＰＶ１が上昇し、ゾーンＺ２の制御量（温度）ＰＶ２が下降したとしても、ゾーンＺ１，Ｚ２の実質温度（室温）ＲＴ１，ＲＴ２は元の設定値ＳＰ１，ＳＰ２から大きく逸脱することはない。
【００２３】
そして、エネルギー効率の悪い大きい側の操作量であった操作量ＭＶ１が小さめ方向にｄＭＶ１だけ制御され、エネルギー効率の良い小さい側の操作量であった操作量ＭＶ２は大きめ方向にｄＭＶ２（ｄＭＶ１＞ｄＭＶ２）だけ制御されることになる。全体として考えると、エネルギー効率の良い小さい側への変化分の方が多いので、エネルギー消費量を抑制することができる。
【００２４】
以上の動作を実現するために、操作量差δＭＶを算出し、この操作量差δＭＶを設定値ＳＰ１，ＳＰ２に対する補正量に変換して、設定値ＳＰ１，ＳＰ２に帰還させる方法を採用すればよいことに、発明者は想到した。この方法では、特に操作量の大きい側を重視することが好適である。
【００２５】
なお、暖房・加熱制御の場合は、操作量の大きい側の設定値ＳＰ１が低めに補正され、操作量の小さい側の設定値ＳＰ２が高めに補正されるように、ＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出し、ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１を下降する方向に制御し、ゾーンＺ２の操作量ＭＶ２を上昇する方向に制御すればよい。これにより、ゾーンＺ１の制御量（温度）ＰＶ１は下降し、ゾーンＺ２の制御量（温度）ＰＶ２は上昇するが、ゾーンＺ１とＺ２間の干渉により、ゾーンＺ１，Ｚ２の実質温度（室温）ＲＴ１，ＲＴ２は元の設定値ＳＰ１，ＳＰ２から大きく逸脱することはない。
【００２６】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図２は本発明の第１の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
１は空調制御の対象となる空間、Ｚ１，Ｚ２は空間１を分割した２つのゾーン、２−１，２−２はゾーンＺ１，Ｚ２毎に温度制御を行うコントローラ、３はコントローラ２−１，２−２に与えられる設定値ＳＰ１，ＳＰ２を補正するためのＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出する連携動作演算部、４−１，４−２はゾーンＺ１，Ｚ２の制御量ＰＶ１，ＰＶ２を計測するセンサ、５−１，５−２はゾーンＺ１，Ｚ２に冷温風を供給する空調機、６−１，６−２はゾーンＺ１，Ｚ２の冷温風出口である。
【００２７】
空調機５−１，５−２は、例えば冷温水を供給する熱源と、熱源から供給される冷温水の流量を調節するバルブ（アクチュエータ）と、バルブを通して送られてきた冷温水により空気を冷却または加熱するコイルと、冷却または加熱された空気を送り出す送風機等から構成される。
【００２８】
本実施の形態は、中規模の空間１を２つのゾーンＺ１，Ｚ２に分けて温度制御を行なうものである。この場合、通常のシングルループの制御系を２ループ構成する。
図３に本実施の形態の空調システムで用いる制御装置の構成を示す。制御装置は、シングルループの制御系を構成するための構成要素であるコントローラ２−１，２−２と、連携動作演算部３とからなる。
【００２９】
コントローラ２−１は、例えばゾーンＺ１の居住者によって設定された設定値ＳＰ１を入力する設定値ＳＰ入力部２０−１と、センサ４−１によって計測されたゾーンＺ１の制御量ＰＶ１を入力する制御量ＰＶ入力部２１−１と、設定値ＳＰ１と制御量ＰＶ１とＳＰ補正量ΔＳＰ１に基づいて操作量ＭＶ１を算出する制御演算手段となるＰＩＤ演算部２２−１と、操作量ＭＶ１をゾーンＺ１の空調機５−１と連携動作演算部３に出力する操作量ＭＶ出力部２３−１とを備える。
【００３０】
同様に、コントローラ２−２は、ゾーンＺ２の居住者によって設定された設定値ＳＰ２を入力する設定値ＳＰ入力部２０−２と、センサ４−２によって計測されたゾーンＺ２の制御量ＰＶ２を入力する制御量ＰＶ入力部２１−２と、設定値ＳＰ２と制御量ＰＶ２とＳＰ補正量ΔＳＰ２に基づいて操作量ＭＶ２を算出する制御演算手段となるＰＩＤ演算部２２−２と、操作量ＭＶ２をゾーンＺ２の空調機５−２と連携動作演算部３に出力する操作量ＭＶ出力部２３−２とを備える。
【００３１】
連携動作演算部３は、制御対象のゾーン以外の他のゾーンの操作量を受ける比較操作量入力部３０−１，３０−２と、操作量差δＭＶを算出する操作量差算出部３１−１，３１−２と、ＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出するＳＰ補正量算出部３２−１，３２−２とを、それぞれゾーンＺ１，Ｚ２毎に備える。
【００３２】
図４に、本実施の形態における制御系のブロック線図を示す。Ｐ１はゾーンＺ１の制御対象、Ｐ２はゾーンＺ２の制御対象であり、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２と共にフィードバック制御系が個々のゾーンＺ１，Ｚ２毎に形成される。すなわち、制御対象Ｐ１とＰＩＤ演算部２２−１とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ１に形成され、制御対象Ｐ２とＰＩＤ演算部２２−２とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ２に形成される。
【００３３】
ＰＶ１，ＰＶ２はゾーンＺ１，Ｚ２の制御量であり、本実施の形態では温度である。ΔＳＰ１，ΔＳＰ２はゾーンＺ１，Ｚ２のＳＰ補正量である。ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２は、設定値ＳＰ１，ＳＰ２にＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を加算する加算部２２０−１，２２０−２を内部に備えている。
【００３４】
操作量差算出部３１−１，３１−２とＳＰ補正量算出部３２−１，３２−２とは、操作量差δＭＶを算出し、操作量差δＭＶを設定値ＳＰ１，ＳＰ２に対するＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２に変換してＰＩＤ演算部２２−１，２２−２に帰還させる連携制御系を構成している。
【００３５】
図５に、本実施の形態における好適な制御系のブロック線図を示す。図５は、図４に示した制御系のより好適かつ詳細な構成を示している。
ダンピング処理部３１０，３１１は、操作量ＭＶ１，ＭＶ２の高周波のふらつきを削減するための構成要素である。ダンピング処理部３１０，３１１は、例えば１次遅れの時間遅れ特性のローパスフィルタで実現すればよい。ゾーンＺ１のダンピング処理の時定数をＴ１、ゾーンＺ２のダンピング処理の時定数をＴ２、ラプラス演算子をｓとすると、ダンピング処理部３１０の伝達関数は１／（１＋Ｔ１ｓ）、ダンピング処理部３１１の伝達関数は１／（１＋Ｔ２ｓ）となる。
【００３６】
減算部３１２は、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１とＭＶ２との差である操作量差δＭＶを次式のように算出する。
δＭＶ＝ＭＶ１−ＭＶ２ ・・・（１）
【００３７】
不感帯処理部３２０は、操作量差δＭＶを無視してよい数値範囲を規定するための構成要素である。図６は不感帯処理部３２０の入出力特性を示す図である。不感帯処理部３２０は、操作量差算出部３１−１，３１−２から出力された操作量差δＭＶが不感帯±α（例えば±２０％）の範囲内であれば、操作量差δＭＶを０にする。不感帯処理部３２０は、具体的には以下の式を実行する。
ＩＦ −α≦δＭＶ≦α ＴＨＥＮ δＭＶ＝０
ＥＬＳＥＩＦ δＭＶ＞α ＴＨＥＮ δＭＶ←δＭＶ−α
ＥＬＳＥＩＦ δＭＶ＜−α ＴＨＥＮ δＭＶ←δＭＶ＋α ・・・（２）
【００３８】
不感帯処理部３２０は、操作量差δＭＶが不感帯の正側の境界値αより大きい場合、操作量差δＭＶからαを減算し、操作量差δＭＶが不感帯の負側の境界値（−α）より小さい場合、操作量差δＭＶにαを加算する（式（２）の２つのＥＬＳＥＩＦ文以下の処理）。
【００３９】
倍率乗算部３２１，３２３は、不感帯処理後の操作量差δＭＶをＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２に変換するための構成要素である。倍率乗算部３２１，３２３は、次式に示すように操作量差δＭＶに倍率Ａ１，Ａ２を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２を算出する。
ΔＳＰ１＝δＭＶ×Ａ１ ・・・（３）
ΔＳＰ２＝δＭＶ×Ａ２ ・・・（４）
【００４０】
冷房・冷却時にはゾーンＺ１用の倍率Ａ１が正の値、ゾーンＺ２用の倍率Ａ２が負の値になる。例えば倍率Ａ１が０．０２であれば、操作量差δＭＶが５０％のときにＳＰ補正量ΔＳＰ１は１．０℃になり、倍率Ａ２が−０．０２であれば、操作量差δＭＶが５０％のときにＳＰ補正量ΔＳＰ２は−１．０℃になる。また、暖房・加熱時には倍率Ａ１が負の値、倍率Ａ２が正の値になる。
【００４１】
上下限処理部３２２，３２４は、ＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２が無制限に広がり過ぎないように制限するための構成要素である。上下限処理部３２２は、ＳＰ補正量ΔＳＰ１が予め設定された上限値ΔＳＰｍａｘ（例えば＋３．０℃）より大きい場合、ΔＳＰ１＝ΔＳＰｍａｘとし、ＳＰ補正量ΔＳＰ１が予め設定された下限値ΔＳＰｍｉｎ（例えば−３．０℃）より小さい場合、ΔＳＰ１＝ΔＳＰｍｉｎとする上下限処理を行う。すなわち、上下限処理部３２２は以下の式を実行する。
ＩＦ ΔＳＰ１＞ΔＳＰｍａｘ ＴＨＥＮ ΔＳＰ１＝ΔＳＰｍａｘ ・・・（５）
ＩＦ ΔＳＰ１＜ΔＳＰｍｉｎ ＴＨＥＮ ΔＳＰ１＝ΔＳＰｍｉｎ ・・・（６）
【００４２】
このような上下限処理により、ＳＰ補正量ΔＳＰ１を例えば±３．０℃以内に制限することができる。上下限処理部３２４のＳＰ補正量ΔＳＰ２に対する上下限処理も同じである。
【００４３】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図７は制御装置の動作を示すフローチャートである。
設定値ＳＰ１は、例えばゾーンＺ１の居住者によって設定され、コントローラ２−１の設定値ＳＰ入力部２０−１を介してＰＩＤ演算部２２−１に入力される（ステップＳ１００）。設定値ＳＰ２は、例えばゾーンＺ２の居住者によって設定され、コントローラ２−２の設定値ＳＰ入力部２０−２を介してＰＩＤ演算部２２−２に入力される（ステップＳ１０１）。
【００４４】
制御量ＰＶ１は、センサ４−１によって計測され、コントローラ２−１の制御量ＰＶ入力部２１−１を介してＰＩＤ演算部２２−１に入力される（ステップＳ１０２）。制御量ＰＶ２は、センサ４−２によって計測され、コントローラ２−２の制御量ＰＶ入力部２１−２を介してＰＩＤ演算部２２−２に入力される（ステップＳ１０３）。
【００４５】
ＰＩＤ演算部２２−１内の加算部２２０−１は、次式に示すように設定値ＳＰ１に１制御周期前に算出されたＳＰ補正量ΔＳＰ１を加算して設定値ＳＰ１を補正し（ステップＳ１０４）、ＰＩＤ演算部２２−２内の加算部２２０−２は、設定値ＳＰ２に１制御周期前に算出されたＳＰ補正量ΔＳＰ２を加算して設定値ＳＰ２を補正する（ステップＳ１０５）。なお、動作開始後の最初の制御周期では、ＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２の初期値は０である。
ＳＰ１’＝ＳＰ１＋ΔＳＰ１ ・・・（７）
ＳＰ２’＝ＳＰ２＋ΔＳＰ２ ・・・（８）
【００４６】
続いて、ＰＩＤ演算部２２−１は、補正後の設定値ＳＰ１’と制御量ＰＶ１に基づいて、次式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ１を算出し（ステップＳ１０６）、ＰＩＤ演算部２２−２は、補正後の設定値ＳＰ２’と制御量ＰＶ２に基づいて操作量ＭＶ２を算出する（ステップＳ１０７）。
ＭＶ１＝Ｋｇ１｛１＋（１／Ｔｉ１ｓ）＋Ｔｄ１ｓ｝（ＳＰ１’−ＰＶ１）
・・・（９）
ＭＶ２＝Ｋｇ２｛１＋（１／Ｔｉ２ｓ）＋Ｔｄ２ｓ｝（ＳＰ２’−ＰＶ２）
・・・（１０）
【００４７】
式（９）、式（１０）において、Ｋｇ１，Ｋｇ２は比例ゲイン、Ｔｉ１，Ｔｉ２は積分時間、Ｔｄ１，Ｔｄ２は微分時間である。
操作量ＭＶ出力部２３−１，２３−２は、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２をそれぞれ空調機５−１，５−２のアクチュエータに出力すると共に連携動作演算部３に出力する。なお、冷房・冷却時には、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２は、算出した操作量ＭＶ１，ＭＶ２をそれぞれ反転させた上で出力する。すなわち、０％の操作量ＭＶを１００％とし、１００％の操作量ＭＶを０％とするといったように反転させて出力する。
【００４８】
連携動作演算部３の操作量差算出部３１−１は、コントローラ２−１から出力された操作量ＭＶ１を受け取ると共に、コントローラ２−２から出力された操作量ＭＶ２を比較操作量入力部３０−１を介して受け取る。操作量差算出部３１−２は、コントローラ２−２から出力された操作量ＭＶ２を受け取ると共に、コントローラ２−１から出力された操作量ＭＶ１を比較操作量入力部３０−２を介して受け取る。
【００４９】
操作量差算出部３１−１内のダンピング処理部３１０，３１１は、それぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２をダンピング処理し（ステップＳ１０８）、同様に操作量差算出部３１−２内のダンピング処理部３１０，３１１は、操作量ＭＶ１，ＭＶ２をダンピング処理する（ステップＳ１０９）。
【００５０】
続いて、操作量差算出部３１−１内の減算部３１２は、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１とＭＶ２とから操作量差δＭＶを式（１）のように算出し（ステップＳ１１０）、同様に操作量差算出部３１−２内の減算部３１２は、操作量差δＭＶを算出する（ステップＳ１１１）。
【００５１】
次に、ＳＰ補正量算出部３２−１内の不感帯処理部３２０は、操作量差算出部３１−１から出力された操作量差δＭＶに対して式（２）で説明したような不感帯処理を行い（ステップＳ１１２）、同様にＳＰ補正量算出部３２−２内の不感帯処理部３２０は、操作量差算出部３１−２から出力された操作量差δＭＶに対して不感帯処理を行う（ステップＳ１１３）。
【００５２】
ＳＰ補正量算出部３２−１内の倍率乗算部３２１は、不感帯処理後の操作量差δＭＶに倍率Ａ１を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ１を算出し（ステップＳ１１４）、ＳＰ補正量算出部３２−２内の倍率乗算部３２３は、不感帯処理後の操作量差δＭＶに倍率Ａ２を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ２を算出する（ステップＳ１１５）。
【００５３】
ＳＰ補正量算出部３２−１内の上下限処理部３２２は、ＳＰ補正量ΔＳＰ１に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＳＰ補正量ΔＳＰ１をＰＩＤ演算部２２−１に出力する（ステップＳ１１６）。ＳＰ補正量算出部３２−２内の上下限処理部３２４は、ＳＰ補正量ΔＳＰ２に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＳＰ補正量ΔＳＰ２をＰＩＤ演算部２２−２に出力する（ステップＳ１１７）。
【００５４】
以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１１７の処理が例えば空調システムのオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ１１８においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００５５】
図８は、従来の空調システムと本実施の形態の空調システムの冷房・冷却時の数値例を示す図である。図８（Ａ）に示すように、例えばゾーンＺ１の設定値ＳＰ１とゾーンＺ２の設定値ＳＰ２がともに２５．０℃であるとき、ゾーンＺ１の制御量ＰＶ１とゾーンＺ２の制御量ＰＶ２はともに２５．０℃に制御される。このとき、ゾーン間に温度干渉があったとしても、ゾーンＺ１の実質温度（室温）ＲＴ１とゾーンＺ２の実質温度（室温）ＲＴ２はともに２５．０℃になる。
【００５６】
ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１が９５．０％でゾーンＺ２の操作量ＭＶ２が２５．０％であったとすると、従来の空調システムでは、操作量差δＭＶが７０．０％（９５．０−２５．０％）のまま維持されることになる。このように、ゾーンＺ１の操作量ＭＶ１が９５．０％という極めて高い値になっていることが、エネルギー消費量が大きくなる要因になる。
【００５７】
一方、図８（Ａ）に示した状況に対して本実施の形態を適用すると、操作量差δＭＶ＝７０．０％（９５．０−２５．０％）に対して、例えば±２０％の不感帯処理が実行され操作量差δＭＶが５０．０％になる。そして、ゾーンＺ１については操作量差δＭＶ＝５０．０％に例えば０．０２の倍率Ａ１が乗算され、ＳＰ補正量ΔＳＰ１が１．０℃になり、ゾーンＺ２については操作量差δＭＶ＝５０．０％に例えば−０．０２の倍率Ａ２が乗算され、ＳＰ補正量ΔＳＰ２が−１．０℃になる。
【００５８】
この結果、ゾーンＺ１の設定値ＳＰ１は２５．０℃から２６．０℃になり、ゾーンＺ２の設定値ＳＰ２は２５．０℃から２４．０℃になる（図８（Ｂ））。設定値ＳＰ１が２６．０℃になることは冷房要求が下がる側に補正されたことを意味し、設定値ＳＰ２が２４．０℃になることは冷房要求が上がる側に補正されたことを意味する。
【００５９】
設定値ＳＰ１，ＳＰ２の補正により、ゾーンＺ１の制御量ＰＶ１は２６．０℃に制御され、ゾーンＺ２の制御量ＰＶ２は２４．０℃に制御される（図８（Ｃ））。このとき、操作量ＭＶと制御量ＰＶとの間には図２０（Ｂ）に示したような非線形な関係があり、またゾーンＺ２の操作量ＭＶ２に比べてゾーンＺ１の操作量ＭＶ１の方が大きいので、制御量ＰＶ１を１度上げるための操作量ＭＶ１の変化分と、制御量ＰＶ２を１度下げるための操作量ＭＶ２の変化分とを比べると、操作量ＭＶ１の変化分の方が大きい。例えば操作量ＭＶ１は６５．０％になり、操作量ＭＶ２は４５．０％になるというように、エネルギー効率の悪い側の操作量ＭＶ１が小さめ方向にｄＭＶ１＝３０．０％だけ制御され、エネルギー効率の良い側の操作量ＭＶ２は大きめ方向にｄＭＶ２＝２０．０％（ｄＭＶ１＞ｄＭＶ２）だけ制御される。
【００６０】
ゾーンＺ１とＺ２との間には温度干渉があるので、ゾーンＺ１の実質温度（室温）ＲＴ１は例えば２５．５℃になり、ゾーンＺ２の実質温度（室温）ＲＴ２は例えば２４．５℃になる。最終的には、エネルギー消費量の抑制効果が得られる適度な平衡点に収束する。
このように、本実施の形態では、ゾーン干渉と、操作量ＭＶと制御量ＰＶとの非線形性を利用することで、制御量ＰＶを設定値ＳＰに近づける特性を完全に犠牲にしてしまうことは避けながらも、エネルギー消費量を抑制することが可能になる。
【００６１】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。図９は本発明の第２の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
１ａは空調制御の対象となる空間、Ｚ１〜Ｚ６は空間１ａを分割した６つのゾーン、２−１〜２−６はゾーンＺ１〜Ｚ６毎に温度制御を行うコントローラ、３ａは連携動作演算部、４−１〜４−６はゾーンＺ１〜Ｚ６の制御量ＰＶ１〜ＰＶ６を計測するセンサ、５−１〜５−６はゾーンＺ１〜Ｚ６に冷温風を供給する空調機、６−１〜６−６はゾーンＺ１〜Ｚ６の冷温風出口である。
【００６２】
本実施の形態は、大規模の空間１ａを６つのゾーンＺ１〜Ｚ６に分けて温度制御を行なうものである。この場合、通常のシングルループの制御系を６ループ構成する。
図１０に本実施の形態の空調システムで用いる制御装置の構成を示す。制御装置は、コントローラ２−１〜２−６と、連携動作演算部３ａとからなる。
【００６３】
コントローラ２−１〜２−６は、設定値ＳＰ入力部２０−１〜２０−６と、制御量ＰＶ入力部２１−１〜２１−６と、御演算手段となるＰＩＤ演算部２２−１〜２２−６と、操作量ＭＶ出力部２３−１〜２３−６とを、それぞれゾーンＺ１〜Ｚ６毎に備える。
【００６４】
連携動作演算部３ａは、比較操作量入力部３０ａ−１〜３０ａ−６と、操作量差算出部３１ａ−１〜３１ａ−６と、ＳＰ補正量算出部３２ａ−１〜３２ａ−６とを、それぞれゾーンＺ１〜Ｚ６毎に備える。
【００６５】
図１１に、本実施の形態における制御系のブロック線図を示す。第１の実施の形態と同様に、制御対象Ｐ１とＰＩＤ演算部２２−１とからなるフィードバック制御系がゾーンＺ１に形成される。その他のゾーンＺ２〜Ｚ６についても同様である。なお、図１１では、ゾーンＺ１の制御系のみを示し、他のゾーンＺ２〜Ｚ６の制御系については記載を省略している。
【００６６】
ＭＶａ１はゾーンＺ１と隣接するゾーンの平均操作量である。図１２に示すＺ１０を制御対象のゾーンとしたとき、隣接するゾーンとはゾーンＺ１２，Ｚ１４，Ｚ１５，Ｚ１７のことを言う。例えば図９におけるゾーンＺ１の隣接ゾーンは、ゾーンＺ２，Ｚ４であり、ゾーンＺ２の隣接ゾーンは、ゾーンＺ１，Ｚ３，Ｚ５である。なお、隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ１は、単純な平均値に限るものではなく、隣接するゾーンの操作量の加重平均値としてもよい。この場合は、ゾーン間干渉の影響を考慮して、各操作量に乗算する加重を調整すればよい。
【００６７】
操作量差算出部３１ａ−１とＳＰ補正量算出部３２ａ−１とは、操作量差δＭＶ１を算出し、操作量差δＭＶ１を設定値ＳＰ１に対するＳＰ補正量ΔＳＰ１に変換してＰＩＤ演算部２２−１に帰還させる連携制御系を構成している。
【００６８】
図１３に、本実施の形態における好適な制御系のブロック線図を示す。図１３は、図１１に示した制御系のより好適かつ詳細な構成を示している。
操作量差算出部３１ａ−１内のダンピング処理部３１０の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
【００６９】
操作量差算出部３１ａ−１内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ１と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ１を算出する。上記のようにゾーンＺ１の隣接ゾーンがゾーンＺ２，Ｚ４であるとすれば、平均操作量ＭＶａ１は以下のようになる。
ＭＶａ１＝（ＭＶ２＋ＭＶ４）／２ ・・・（１１）
【００７０】
上記のとおり、平均操作量ＭＶａ１は、隣接するゾーンの操作量の加重平均値でもよく、この場合、平均操作量ＭＶａ１は以下のようになる。
ＭＶａ１＝（Ｗ２×ＭＶ２＋Ｗ４×ＭＶ４）／（Ｗ２＋Ｗ４） ・・・（１２）
加重Ｗ２，Ｗ４は、それぞれゾーンＺ２，Ｚ４とゾーンＺ１との間の制御量の干渉を考慮して調整すればよい。
【００７１】
ダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ１の高周波のふらつきを削減するための構成要素である。ダンピング処理部３１４は、例えば１次遅れの時間遅れ特性のローパスフィルタで実現すればよい。平均操作量ＭＶａ１のダンピング処理の時定数をＴａとすると、ダンピング処理部３１４の伝達関数は１／（１＋Ｔａｓ）となる。
【００７２】
減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１と平均操作量ＭＶａ１との差である操作量差δＭＶ１を次式のように算出する。
δＭＶ１＝ＭＶ１−ＭＶａ１ ・・・（１３）
【００７３】
ＳＰ補正量算出部３２ａ−１内の不感帯処理部３２０と倍率乗算部３２１と上下限処理部３２２の構成および動作は、第１の実施の形態と同様である。
ここまでゾーンＺ１の処理について説明したが、他のゾーンについても同様の処理を行えばよい。
【００７４】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図１４は制御装置の動作を示すフローチャートである。なお、図１４では、記載を容易にするために、ゾーンＺ１〜Ｚ３の処理についてのみ記載している。
【００７５】
設定値ＳＰ１は、例えばゾーンＺ１の居住者によって設定され、コントローラ２−１の設定値ＳＰ入力部２０−１を介してＰＩＤ演算部２２−１に入力される（ステップＳ２００）。設定値ＳＰ２は、例えばゾーンＺ２の居住者によって設定され、コントローラ２−２の設定値ＳＰ入力部２０−２を介してＰＩＤ演算部２２−２に入力される（ステップＳ２０１）。設定値ＳＰ３は、例えばゾーンＺ３の居住者によって設定され、コントローラ２−３の設定値ＳＰ入力部２０−３を介してＰＩＤ演算部２２−３に入力される（ステップＳ２０２）。
【００７６】
制御量ＰＶ１は、センサ４−１によって計測され、コントローラ２−１の制御量ＰＶ入力部２１−１を介してＰＩＤ演算部２２−１に入力される（ステップＳ２０３）。制御量ＰＶ２は、センサ４−２によって計測され、コントローラ２−２の制御量ＰＶ入力部２１−２を介してＰＩＤ演算部２２−２に入力される（ステップＳ２０４）。制御量ＰＶ３は、センサ４−３によって計測され、コントローラ２−３の制御量ＰＶ入力部２１−３を介してＰＩＤ演算部２２−３に入力される（ステップＳ２０５）。
【００７７】
ＰＩＤ演算部２２−１内の加算部２２０−１は、式（７）に示したように設定値ＳＰ１に１制御周期前に算出されたＳＰ補正量ΔＳＰ１を加算して設定値ＳＰ１を補正する（ステップＳ２０６）。ＰＩＤ演算部２２−２内の加算部は、式（８）に示したように設定値ＳＰ２に１制御周期前に算出されたＳＰ補正量ΔＳＰ２を加算して設定値ＳＰ２を補正する（ステップＳ２０７）。ＰＩＤ演算部２２−３内の加算部は、次式に示すように設定値ＳＰ３に１制御周期前に算出されたＳＰ補正量ΔＳＰ３を加算して設定値ＳＰ３を補正する（ステップＳ２０８）。なお、動作開始後の最初の制御周期では、ＳＰ補正量ΔＳＰ１，ΔＳＰ２，ΔＳＰ３の初期値は０である。
ＳＰ３’＝ＳＰ３＋ΔＳＰ３ ・・・（１４）
【００７８】
続いて、ＰＩＤ演算部２２−１は、式（９）のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ１を算出する（ステップＳ２０９）。ＰＩＤ演算部２２−２は、式（１０）のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ２を算出する（ステップＳ２１０）。ＰＩＤ演算部２２−３は、次式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ３を算出する（ステップＳ２１１）。
ＭＶ３＝Ｋｇ３｛１＋（１／Ｔｉ３ｓ）＋Ｔｄ３ｓ｝（ＳＰ３’−ＰＶ３）
・・・（１５）
【００７９】
式（１５）において、Ｋｇ３は比例ゲイン、Ｔｉ３は積分時間、Ｔｄ３は微分時間である。そして、操作量ＭＶ出力部２３−１，２３−２，２３−３は、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２，２２−３から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３をそれぞれ空調機５−１，５−２，５−３のアクチュエータに出力すると共に連携動作演算部３ａに出力する。なお、冷房・冷却時には、ＰＩＤ演算部２２−１，２２−２，２２−３は、算出した操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３をそれぞれ反転させた上で出力する。
【００８０】
連携動作演算部３ａの操作量差算出部３１ａ−１は、コントローラ２−１から出力された操作量ＭＶ１を受け取ると共に、他のコントローラ２−２〜２−６から出力された操作量ＭＶ２〜ＭＶ６を比較操作量入力部３０ａ−１を介して受け取る。操作量差算出部３１ａ−２は、コントローラ２−２から出力された操作量ＭＶ２を受け取ると共に、他のコントローラ２−１，２−３〜２−６から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ３〜ＭＶ６を比較操作量入力部３０ａ−２を介して受け取る。操作量差算出部３１ａ−３は、コントローラ２−３から出力された操作量ＭＶ３を受け取ると共に、他のコントローラ２−１，２−２，２−４〜２−６から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ４〜ＭＶ６を比較操作量入力部３０ａ−３を介して受け取る。
【００８１】
操作量差算出部３１ａ−１，３１ａ−２，３１ａ−３内のダンピング処理部３１０は、それぞれ操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３をダンピング処理する（ステップＳ２１２，Ｓ２１３，Ｓ２１４）。操作量差算出部３１ａ−１内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ１と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ１を式（１１）または式（１２）に示したように算出する（ステップＳ２１５）。
【００８２】
図９におけるゾーンＺ２の隣接ゾーンは、ゾーンＺ１，Ｚ３，Ｚ５である。操作量差算出部３１ａ−２内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ２と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ２を次式のように算出する（ステップＳ２１６）。
ＭＶａ２＝（ＭＶ１＋ＭＶ３＋ＭＶ５）／３ ・・・（１６）
【００８３】
平均操作量ＭＶａ２を隣接ゾーンの操作量の加重平均値とする場合は、平均操作量ＭＶａ２は以下のようになる。
ＭＶａ２＝（Ｗ１×ＭＶ１＋Ｗ３×ＭＶ３＋Ｗ５×ＭＶ５）／（Ｗ１＋Ｗ３＋Ｗ５）
・・・（１７）
加重Ｗ１，Ｗ３，Ｗ５は、それぞれゾーンＺ１，Ｚ３，Ｚ５とゾーンＺ２との間の制御量の干渉を考慮して調整すればよい。
【００８４】
図９におけるゾーンＺ３の隣接ゾーンは、ゾーンＺ２，Ｚ６である。操作量差算出部３１ａ−３内の平均操作量算出部３１３は、制御対象のゾーンＺ３と隣接するゾーンの平均操作量ＭＶａ３を次式のように算出する（ステップＳ２１７）。
ＭＶａ３＝（ＭＶ２＋ＭＶ６）／２ ・・・（１８）
【００８５】
平均操作量ＭＶａ３を隣接ゾーンの操作量の加重平均値とする場合は、平均操作量ＭＶａ３は以下のようになる。
ＭＶａ３＝（Ｗ２×ＭＶ２＋Ｗ６×ＭＶ６）／（Ｗ２＋Ｗ６）
・・・（１９）
加重Ｗ２，Ｗ６は、それぞれゾーンＺ２，Ｚ６とゾーンＺ３との間の制御量の干渉を考慮して調整すればよい。
【００８６】
操作量差算出部３１ａ−１内のダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ１をダンピング処理する（ステップＳ２１８）。操作量差算出部３１ａ−２内のダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ２をダンピング処理する（ステップＳ２１９）。操作量差算出部３１ａ−３内のダンピング処理部３１４は、平均操作量ＭＶａ３をダンピング処理する（ステップＳ２２０）。
【００８７】
操作量差算出部３１ａ−１内の減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ１と平均操作量ＭＶａ１とから操作量差δＭＶ１を式（１３）に示したように算出する（ステップＳ２２１）。
【００８８】
操作量差算出部３１ａ−２内の減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ２と平均操作量ＭＶａ２との差である操作量差δＭＶ２を次式のように算出する（ステップＳ２２２）。
δＭＶ２＝ＭＶ２−ＭＶａ２ ・・・（２０）
【００８９】
操作量差算出部３１ａ−３内の減算部３１２ａは、ダンピング処理後の操作量ＭＶ３と平均操作量ＭＶａ３との差である操作量差δＭＶ３を次式のように算出する（ステップＳ２２３）。
δＭＶ３＝ＭＶ３−ＭＶａ３ ・・・（２１）
【００９０】
次に、ＳＰ補正量算出部３２ａ−１内の不感帯処理部３２０は、操作量差算出部３１ａ−１から出力された操作量差δＭＶ１に対して式（２）と同様の不感帯処理を行う（ステップＳ２２４）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−２内の不感帯処理部は、操作量差算出部３１ａ−２から出力された操作量差δＭＶ２に対して不感帯処理を行う（ステップＳ２２５）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−３内の不感帯処理部３２０は、操作量差算出部３１ａ−３から出力された操作量差δＭＶ３に対して不感帯処理を行う（ステップＳ２２６）。
【００９１】
ＳＰ補正量算出部３２ａ−１内の倍率乗算部３２１は、不感帯処理後の操作量差δＭＶ１に倍率Ａ１を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ１を算出する（ステップＳ２２７）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−２内の倍率乗算部は、不感帯処理後の操作量差δＭＶ２に倍率Ａ２を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ２を算出する（ステップＳ２２８）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−３内の倍率乗算部は、不感帯処理後の操作量差δＭＶ３に倍率Ａ３を乗算してＳＰ補正量ΔＳＰ３を算出する（ステップＳ２２９）。
【００９２】
ここで、冷房・冷却時には倍率Ａ１，Ａ２，Ａ３が正の値になり、暖房・加熱時には倍率Ａ１，Ａ２，Ａ３が負の値になる。
【００９３】
ＳＰ補正量算出部３２ａ−１内の上下限処理部３２２は、ＳＰ補正量ΔＳＰ１に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＳＰ補正量ΔＳＰ１をＰＩＤ演算部２２−１に出力する（ステップＳ２３０）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−２内の上下限処理部は、ＳＰ補正量ΔＳＰ２に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＳＰ補正量ΔＳＰ２をＰＩＤ演算部２２−２に出力する（ステップＳ２３１）。ＳＰ補正量算出部３２ａ−３内の上下限処理部は、ＳＰ補正量ΔＳＰ３に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＳＰ補正量ΔＳＰ３をＰＩＤ演算部２２−３に出力する（ステップＳ２３２）。
【００９４】
以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２３２の処理が例えば空調システムのオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ２３３においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。図１４では、ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ３の処理について説明したが、他のゾーンについても同様の処理を行えばよい。ゾーンＺ４，Ｚ５，Ｚ６用の倍率Ａ４，Ａ５，Ａ６は、倍率Ａ１，Ａ２，Ａ３の場合と同様に、冷房・冷却時には正の値になり、暖房・加熱時には負の値になる。
こうして、空間や加熱エリアを３つ以上のゾーンに分ける場合においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００９５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１５は本発明の第３の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
本実施の形態は、第１の実施の形態と同様に空間１を２つのゾーンＺ１，Ｚ２に分けて温度制御を行なうものであり、設定値ＳＰを補正する代わりに、制御量ＰＶを補正するようにしたものである。
【００９６】
図１６は本実施の形態の空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、コントローラ２ｂ−１，２ｂ−２と、連携動作演算部３ｂとからなる。
コントローラ２ｂ−１は、設定値ＳＰ入力部２０−１と、制御量ＰＶ入力部２１−１と、設定値ＳＰ１と制御量ＰＶ１とＰＶ補正量ΔＰＶ１に基づいて操作量ＭＶ１を算出するＰＩＤ演算部２２ｂ−１と、操作量ＭＶ出力部２３−１とを備える。同様に、コントローラ２−２は、設定値ＳＰ入力部２０−２と、制御量ＰＶ入力部２１−２と、設定値ＳＰ２と制御量ＰＶ２とＰＶ補正量ΔＰＶ２に基づいて操作量ＭＶ２を算出するＰＩＤ演算部２２ｂ−２と、操作量ＭＶ出力部２３−２とを備える。
【００９７】
連携動作演算部３ｂは、比較操作量入力部３０−１，３０−２と、操作量差算出部３１−１，３１−２と、ＰＶ補正量算出部３３−１，３３−２とを、それぞれゾーンＺ１，Ｚ２毎に備える。
【００９８】
図１７に、本実施の形態における制御系のブロック線図を示す。ΔＰＶ１，ΔＰＶ２はゾーンＺ１，Ｚ２のＰＶ補正量である。ＰＩＤ演算部２２ｂ−１，２２ｂ−２は、制御量ＰＶ１，ＰＶ２からＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２を減算する減算部２２１−１，２２１−２を内部に備えている。
【００９９】
操作量差算出部３１−１，３１−２とＰＶ補正量算出部３３−１，３３−２とは、操作量差δＭＶを算出し、操作量差δＭＶを制御量ＰＶ１，ＰＶ２に対するＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２に変換してＰＩＤ演算部２２ｂ−１，２２ｂ−２に帰還させる連携制御系を構成している。
【０１００】
図１８に、本実施の形態における好適な制御系のブロック線図を示す。図１８は、図１７に示した制御系のより好適かつ詳細な構成を示している。
ＰＶ補正量算出部３３−１，３３−２内の不感帯処理部３３０は、それぞれ操作量差δＭＶに対して第１の実施の形態の不感帯処理部３２０と同様の処理を行う。
【０１０１】
倍率乗算部３３１，３３３は、不感帯処理後の操作量差δＭＶをＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２に変換するための構成要素である。倍率乗算部３３１，３３３は、次式に示すように操作量差δＭＶに倍率Ａ１，Ａ２を乗算してＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２を算出する。
ΔＰＶ１＝δＭＶ×Ａ１ ・・・（２２）
ΔＰＶ２＝δＭＶ×Ａ２ ・・・（２３）
【０１０２】
第１の実施の形態と同様に、冷房・冷却時にはゾーンＺ１用の倍率Ａ１が正の値、ゾーンＺ２用の倍率Ａ２が負の値になる。また、暖房・加熱時には倍率Ａ１が負の値、倍率Ａ２が正の値になる。
【０１０３】
上下限処理部３３２，３３４は、それぞれＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２に対して第１の実施の形態の上下限処理部３２２，３２４と同様の処理を行う。
【０１０４】
以下、本実施の形態の制御装置の動作を説明する。図１９は制御装置の動作を示すフローチャートである。
図１９のステップＳ３００〜Ｓ３０３の処理は、第１の実施の形態のステップＳ１００〜Ｓ１０３と同じである。
【０１０５】
ＰＩＤ演算部２２ｂ−１内の減算部２２１−１は、次式に示すように制御量ＰＶ１から１制御周期前に算出されたＰＶ補正量ΔＰＶ１を減算して制御量ＰＶ１を補正し（ステップＳ３０４）、ＰＩＤ演算部２２ｂ−２内の減算部２２１−２は、制御量ＰＶ２から１制御周期前に算出されたＰＶ補正量ΔＰＶ２を減算して制御量ＰＶ２を補正する（ステップＳ３０５）。なお、動作開始後の最初の制御周期では、ＰＶ補正量ΔＰＶ１，ΔＰＶ２の初期値は０である。
ＰＶ１’＝ＰＶ１−ΔＰＶ１ ・・・（２４）
ＰＶ２’＝ＰＶ２−ΔＰＶ２ ・・・（２５）
【０１０６】
続いて、ＰＩＤ演算部２２ｂ−１は、設定値ＳＰ１と補正後の制御量ＰＶ１’に基づいて、次式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶ１を算出し（ステップＳ３０６）、ＰＩＤ演算部２２ｂ−２は、設定値ＳＰ２と補正後の制御量ＰＶ２’に基づいて操作量ＭＶ２を算出する（ステップＳ３０７）。
ＭＶ１＝Ｋｇ１｛１＋（１／Ｔｉ１ｓ）＋Ｔｄ１ｓ｝（ＳＰ１−ＰＶ１’）
・・・（２６）
ＭＶ２＝Ｋｇ２｛１＋（１／Ｔｉ２ｓ）＋Ｔｄ２ｓ｝（ＳＰ２−ＰＶ２’）
・・・（２７）
【０１０７】
そして、操作量ＭＶ出力部２３−１，２３−２は、ＰＩＤ演算部２２ｂ−１，２２ｂ−２から出力された操作量ＭＶ１，ＭＶ２をそれぞれ空調機５−１，５−２のアクチュエータに出力すると共に連携動作演算部３ｂに出力する。なお、冷房・冷却時には、ＰＩＤ演算部２２ｂ−１，２２ｂ−２は、算出した操作量ＭＶ１，ＭＶ２をそれぞれ反転させた上で出力する。
【０１０８】
ステップＳ３０８〜Ｓ３１１の処理は、第１の実施の形態のステップＳ１０８〜Ｓ１１１と同じである。
次に、ＰＶ補正量算出部３３−１内の不感帯処理部３３０は、操作量差算出部３１−１から出力された操作量差δＭＶに対して不感帯処理を行い（ステップＳ３１２）、同様にＰＶ補正量算出部３３−２内の不感帯処理部３３０は、操作量差算出部３１−２から出力された操作量差δＭＶに対して不感帯処理を行う（ステップＳ３１３）。
【０１０９】
ＰＶ補正量算出部３３−１内の倍率乗算部３３１は、不感帯処理後の操作量差δＭＶに倍率Ａ１を乗算してＰＶ補正量ΔＰＶ１を算出し（ステップＳ３１４）、ＰＶ補正量算出部３３−２内の倍率乗算部３３３は、不感帯処理後の操作量差δＭＶに倍率Ａ２を乗算してＰＶ補正量ΔＰＶ２を算出する（ステップＳ３１５）。
【０１１０】
ＰＶ補正量算出部３３−１内の上下限処理部３３２は、ＰＶ補正量ΔＰＶ１に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＰＶ補正量ΔＰＶ１をＰＩＤ演算部２２ｂ−１に出力する（ステップＳ３１６）。ＰＶ補正量算出部３３−２内の上下限処理部３３４は、ＰＶ補正量ΔＰＶ２に対して上下限処理を行い、上下限処理後のＰＶ補正量ΔＰＶ２をＰＩＤ演算部２２ｂ−２に出力する（ステップＳ３１７）。
【０１１１】
以上のようなステップＳ３００〜Ｓ３１７の処理が例えば空調システムのオペレータによって制御の終了が指示されるまで（ステップＳ３１８においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【０１１２】
以上説明したように、設定値ＳＰを補正する代わりに、制御量ＰＶを補正する場合には、設定値ＳＰの場合と同様にしてＰＶ補正量ΔＰＶを算出し、制御量ＰＶからＰＶ補正量ΔＰＶを減算すればよい。
同様に、第２の実施の形態においても、制御量ＰＶを補正する場合には、制御量ＰＶからＰＶ補正量ΔＰＶを減算すればよい。
【０１１３】
なお、第１〜第３の実施の形態において、コントローラの制御アルゴリズムとしては、最も汎用的に利用されているＰＩＤが実用上好適であるが、ＩＭＣ（Internal Model Control）やＳＡＣ（Simple Adaptive Control）などであってもよい。
【０１１４】
また、以上の説明では、強非線形系を対象とする場合に省エネルギーという観点から優れた効果が得られるものとしているが、電気ヒータを用いて複数のゾーンを加熱する場合にも、操作量差を小さくすることで最大の操作量が出力される制御ループの操作量が小さく制御されて電気ヒータの寿命を延ばす効果が得られる。すなわち、本発明の構成の有効性は、強非線形系を対象とする場合に限られない。
【０１１５】
第１〜第３の実施の形態で説明したコントローラ２−１〜２−６，２ｂ−１，２ｂ−２および連携動作演算部３，３ａ，３ｂは、ＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第３の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、マルチループ系の制御装置に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の原理を説明するためのフローチャートである。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における制御系のブロック線図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における好適な制御系のブロック線図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における不感帯処理部の入出力特性を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】従来の空調システムと本発明の第１の実施の形態に係る空調システムの冷房・冷却時の数値例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における制御系のブロック線図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態における空間の隣接ゾーンを説明するための図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態における好適な制御系のブロック線図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る空調システムの構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る空調システムで用いる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態における制御系のブロック線図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態における好適な制御系のブロック線図である。
【図１９】本発明の第３の実施の形態に係る制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図２０】強非線形系における操作量と制御量との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１，１ａ…空間、２−１〜２−６，２ｂ−１，２ｂ−２…コントローラ、３，３ａ，３ｂ…連携動作演算部、４−１〜４−６…センサ、５−１〜５−６…空調機、６−１〜６−６…冷温風出口、２０−１〜２０−６…設定値ＳＰ入力部、２１−１〜２１−６…制御量ＰＶ入力部、２２−１〜２２−６，２２ｂ−１，２２ｂ−２…ＰＩＤ演算部、２３−１〜２３−６…操作量ＭＶ出力部、３０−１，３０−２，３０ａ−１〜３０ａ−６…比較操作量入力部、３１−１，３１−２，３１−１ａ〜３１ａ−６…操作量差算出部、３２−１，３２−２，３２ａ−１〜３２ａ−６…ＳＰ補正量算出部、３１０，３１１，３１４…ダンピング処理部、３１２，３１２ａ…減算部、３２０，３３０…不感帯処理部、３２１，３２３，３３１，３３３…倍率乗算部、３２２，３２４，３３２，３３４…上下限処理部、３１３…平均操作量算出部、Ｚ１〜Ｚ６…ゾーン。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を空間的に分割した複数のゾーンをそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、
各制御ループの制御量ＰＶとこれに対応する各制御ループの設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する複数の制御演算手段と、
算出された複数の前記操作量のうち、特定の第１の操作量と他の第２の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手段と、
前記操作量差に基づいて各制御ループの前記設定値ＳＰまたは制御量ＰＶに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手段とを備え、
前記補正量算出手段は、前記第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように前記補正量を算出することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段は、前記第１の操作量から前記第２の操作量を減算して前記操作量差を算出するものであり、
前記補正量は、設定値ＳＰに加算または制御量ＰＶから減算されるものであり、
前記補正量算出手段は、前記操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する倍率乗算手段を備え、
冷房・冷却時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が正の値であり、暖房・加熱時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が負の値であることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段は、
前記第１の操作量と第２の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手段と、
前記ダンピング処理後の第１の操作量からダンピング処理後の第２の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手段とを備え、
前記補正量算出手段は、
前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手段と、
前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手段と、
算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手段とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段は、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第１の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第２の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段と補正量算出手段とは、制御対象を空間的に２つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に設けられ、
各操作量差算出手段は、制御対象のゾーンの操作量を前記第１の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第２の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の制御装置において、
前記第２の操作量は、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の加重平均値であることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
制御対象を空間的に分割した複数のゾーンをそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御方法において、
各制御ループの制御量ＰＶとこれに対応する各制御ループの設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する制御演算手順と、
算出された複数の前記操作量のうち、特定の第１の操作量と他の第２の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手順と、
前記操作量差に基づいて各制御ループの前記設定値ＳＰまたは制御量ＰＶに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手順とを備え、
前記補正量算出手順は、前記第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように前記補正量を算出することを特徴とする制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順は、前記第１の操作量から前記第２の操作量を減算して前記操作量差を算出するものであり、
前記補正量は、設定値ＳＰに加算または制御量ＰＶから減算されるものであり、
前記補正量算出手順は、前記操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する倍率乗算手順を備え、
冷房・冷却時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が正の値であり、暖房・加熱時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が負の値であることを特徴とする制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順は、
前記第１の操作量と第２の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手順と、
前記ダンピング処理後の第１の操作量からダンピング処理後の第２の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手順とを備え、
前記補正量算出手順は、
前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手順と、
前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手順と、
算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手順とを備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順は、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第１の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第２の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順と補正量算出手順とは、制御対象を空間的に２つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に実行され、
各操作量差算出手順は、制御対象のゾーンの操作量を前記第１の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第２の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の制御方法において、
前記第２の操作量は、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の加重平均値であることを特徴とする制御方法。
【請求項１】
制御対象を空間的に分割した複数のゾーンをそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、
各制御ループの制御量ＰＶとこれに対応する各制御ループの設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する複数の制御演算手段と、
算出された複数の前記操作量のうち、特定の第１の操作量と他の第２の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手段と、
前記操作量差に基づいて各制御ループの前記設定値ＳＰまたは制御量ＰＶに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手段とを備え、
前記補正量算出手段は、前記第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように前記補正量を算出することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段は、前記第１の操作量から前記第２の操作量を減算して前記操作量差を算出するものであり、
前記補正量は、設定値ＳＰに加算または制御量ＰＶから減算されるものであり、
前記補正量算出手段は、前記操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する倍率乗算手段を備え、
冷房・冷却時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が正の値であり、暖房・加熱時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が負の値であることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段は、
前記第１の操作量と第２の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手段と、
前記ダンピング処理後の第１の操作量からダンピング処理後の第２の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手段とを備え、
前記補正量算出手段は、
前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手段と、
前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手段と、
算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手段とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段は、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第１の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第２の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記操作量差算出手段と補正量算出手段とは、制御対象を空間的に２つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に設けられ、
各操作量差算出手段は、制御対象のゾーンの操作量を前記第１の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第２の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の制御装置において、
前記第２の操作量は、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の加重平均値であることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
制御対象を空間的に分割した複数のゾーンをそれぞれ制御する複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御方法において、
各制御ループの制御量ＰＶとこれに対応する各制御ループの設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量を制御ループ毎に算出する制御演算手順と、
算出された複数の前記操作量のうち、特定の第１の操作量と他の第２の操作量との操作量差を算出する操作量差算出手順と、
前記操作量差に基づいて各制御ループの前記設定値ＳＰまたは制御量ＰＶに対する補正量を制御ループ毎に算出する補正量算出手順とを備え、
前記補正量算出手順は、前記第１の操作量のエネルギー効率が悪い場合にエネルギー効率が良い方向へ変化するように前記補正量を算出することを特徴とする制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順は、前記第１の操作量から前記第２の操作量を減算して前記操作量差を算出するものであり、
前記補正量は、設定値ＳＰに加算または制御量ＰＶから減算されるものであり、
前記補正量算出手順は、前記操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する倍率乗算手順を備え、
冷房・冷却時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が正の値であり、暖房・加熱時において前記第１の操作量に対応する前記倍率が負の値であることを特徴とする制御方法。
【請求項９】
請求項８に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順は、
前記第１の操作量と第２の操作量の各々にダンピング処理を行うダンピング処理手順と、
前記ダンピング処理後の第１の操作量からダンピング処理後の第２の操作量を減算して前記操作量差を算出する減算手順とを備え、
前記補正量算出手順は、
前記操作量差に対して不感帯処理を行う不感帯処理手順と、
前記不感帯処理後の操作量差に所定の倍率を乗算して前記補正量を算出する前記倍率乗算手順と、
算出された補正量に上下限処理を行う上下限処理手順とを備えることを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順は、制御対象を空間的に２つに分割する場合に、一方のゾーンの操作量を前記第１の操作量、他方のゾーンの操作量を前記第２の操作量として、前記操作量差を算出することを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
請求項７乃至９のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記操作量差算出手順と補正量算出手順とは、制御対象を空間的に２つ以上に分割する場合に、ゾーン毎に実行され、
各操作量差算出手順は、制御対象のゾーンの操作量を前記第１の操作量、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の平均値を前記第２の操作量として、前記操作量差をゾーン毎に算出することを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の制御方法において、
前記第２の操作量は、制御対象のゾーンに空間的に隣接するゾーンの操作量の加重平均値であることを特徴とする制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−７３０９８（Ｐ２０１０−７３０９８Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４２３８３（Ｐ２００８−２４２３８３）
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月２２日（２００８．９．２２）
【出願人】（０００００６６６６）株式会社山武 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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