JPH05250004A

JPH05250004A - 制御方法および空気調和装置

Info

Publication number: JPH05250004A
Application number: JP4048882A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Tsuchiyama; 吉朗土山; Masataka Ozeki; 正高尾関; Koji Ebisu; 晃司戎; Shozo Funakura; 正三船倉; Chizuru Sako; 千鶴佐古
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1992-03-05
Filing date: 1992-03-05
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】制御対象の特性が変動しても、急激な応答を
しない制御方法、及び情報の伝送系に負担がかからず、
制御対象の特性が変動しても、急激な応答をしない空気
調和装置を提供すること。【構成】任意に与えられた目標値ｒと制御対象９の制
御量ｙを比較手段１により比較し、その比較結果である
差量を微分手段２、制限手段３及び積分手段４により複
数個の小差量に分割し、その分割された小差量毎に、比
例演算手段５、積分演算手段６、微分演算手段７及び加
算手段８により制御対象９の操作量ｕを演算し、その操
作量ｕにより制御対象９を操作して、制御量ｙを目標値
ｒになるまで追従させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、制御対象の特性が変動
しても、応答に大きな影響を与えない制御方法及び、そ
の制御方法を用いた空気調和を行う室内側と熱源部分と
が分離されて設置される方式の空気調和装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、空気調和装置などの制御方法は、
人が設定した設定温度に対して、室温検出手段により室
温の検出を行い、設定温度との誤差を算出し、得られた
誤差にもとづいて、例えば比例演算、積分演算、微分演
算を行い、その演算結果の和を操作量として圧縮機の能
力を変更するいわゆるＰＩＤ制御方式が広く採用されて
いる。図５にそのＰＩＤ制御方式の構成を示す。目標値
ｒである設定温度に対して比較手段１により、制御量ｙ
である検出された室温との誤差ｅを検出し、その誤差ｅ
を比例演算手段５、積分演算手段６、微分演算手段７に
入力し、それぞれの演算結果の和を加算手段８により求
め、操作量ｕとして制御対象９である空気調和装置本体
の例えば圧縮機の能力を調節するものである。ここで、
Ｋｐは比例演算の係数、Ｋｉは積分演算の係数、Ｋｄは
微分演算の係数である。

【０００３】この方法によれば、設定温度の設定および
室温の検出は室内機側で行われ、その誤差だけを室外に
設置された熱源機側に送り、熱源機側に設けられた前述
の演算手段により圧縮機の能力指令などを演算すればよ
い。

【０００４】また、別の方法として、検出された室温を
微分および２階微分してその２つの演算結果の和と、設
定温度及び検出された室温の誤差とを比較して、比較結
果を積分する、いわゆるＩ−ＰＤ制御方式がある。Ｉ−
ＰＤ制御方式の構成を図７に示す。Ｉ−ＰＤ制御方式で
は、目標値ｒである設定温度と制御量ｙである検出され
た室温との誤差に対して比例演算手段１４により比例演
算を行い、その演算結果と、他方制御量ｙを微分演算手
段１３及び比例演算手段５により微分した結果、及び微
分演算手段１３、７により２階微分した結果を加算手段
１１により加算した加算結果との差を比較手段１０によ
り求め、その比較結果を積分手段１２により積分演算す
ることにより操作量ｕを得て、その操作量ｕにより制御
対象９を操作するものである。

【０００５】以上のＩ−ＰＤ制御方式のブロック線図を
変形すると、図８のようになる。すなわち、目標値ｒに
対して低域通過フィルタ特性をもつブロック１７が挿入
され、フィルタ通過後の情報と制御量ｙとが比較手段１
５で比較され、ＰＩＤ制御方式と同じ特性を持つ演算ブ
ロック１６を経て操作量ｕが決定され、制御対象９を操
作するものである。したがって、目標値ｒが急激に変化
しても、低域通過フィルタ特性を持つブロック１７によ
り、実際に制御量ｙと比較する情報（ブロック１７を通
過した目標値ｒ）は滑らかに変化していることになる。
このため、たとえ制御対象９の特性が変動しても制御後
の応答はあまり変化しないようになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ＰＩＤ制御方式においては、制御対象９の特性が変動す
ると、図６に示すように制御後の応答が大きく変化す
る。例えば同図ｙ２のような場合には、急激な応答を示
しており、制御量自体は不安定ではないが、制御対象９
の状態量が通常ではない状況になっている可能性があ
る。例えば、空気調和装置の場合、冷媒の圧力や温度等
が異常な値になり、装置を損傷するようなことも有り得
る。

【０００７】一方、Ｉ−ＰＤ制御方式の場合には、制御
対象９の特性が変動しても、図８で説明したように、目
標値ｒに低域通過フィルタ１７が挿入されている形にな
っているため急激な応答を示すことはない。

【０００８】ところが、Ｉ−ＰＤ制御方式を実現するに
は、伝送する情報は制御誤差情報だけでは不可能であ
る。すなわち、目標値ｒ、制御量ｙ、誤差のうちどれか
２つの情報が必要である。例えば、空気調和装置の場
合、目標値ｒ、制御量ｙは室内で検出されるので、操作
すべき熱源機（通常室外に配置される）へそれら２つの
情報を送るか、室内機側に演算手段を配置して操作量ｕ
を求めてしまうかのどちらかの方法を用いる必要があ
る。

【０００９】しかしながら、熱源機へ２つの情報を伝送
することは、伝送系に負担がかかり、伝送系のハードウ
ェアを高価にしてしまう。また、室内機側であらかじめ
操作量ｕを算出する場合には、室内機側に高性能な演算
回路が必要となるが、空気調和装置の室内機は設置場所
の制約などから特に小型化が必要であり、高性能な演算
回路は熱源機側に内蔵するほうが好ましく、室内機側に
設けることは困難であるという課題がある。

【００１０】本発明は、従来のこのような課題を考慮
し、制御対象の特性が変動しても、急激な応答をしない
制御方法、及び情報の伝送系に負担がかからず、制御対
象の特性が変動しても、急激な応答をしない空気調和装
置を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、任
意に与えられた目標値と制御対象の制御量を比較手段に
より比較し、その比較結果である差量を差分割手段によ
り複数個の小差量に分割し、その分割された小差量毎
に、演算手段により制御対象の操作量を演算し、その演
算された操作量により制御対象を操作して、制御量を目
標値になるまで追従させる制御方法である。

【００１２】請求項４の本発明は、室温を検知する室温
検知手段と、その検知された室温と設定室温を比較する
比較手段と、その比較結果である差量を、複数個の小差
量に分割する差分割手段と、その分割された小差量毎
に、操作量を演算する演算手段と、その操作量に従って
空調を行う空気調和装置本体とを備えた空気調和装置で
ある。

【００１３】

【作用】請求項１の本発明は、目標値と制御対象の制御
量との比較結果である差量を複数個の小差量に分割し、
その小差量毎に制御対象の操作量を演算しているので、
目標値を徐々に変化させたことと等価となり、急激な応
答をしないで制御対象を制御することができる。

【００１４】請求項４の本発明は、室温検知手段が、室
温を検知し、比較手段が、室温と設定室温を比較し、差
分割手段が、比較結果である差量を複数個の小差量に分
割し、演算手段が、小差量毎に操作量を演算し、空気調
和装置本体が、操作量に従って空調を行う。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。

【００１６】図１は、本発明にかかる制御方法の基本構
成を示すブロック図である。すなわち、制御方法を実現
するための構成としては、目標値ｒ及び制御量ｙを比較
するための比較手段１が設けられ、比較手段１にはその
比較結果である誤差ｅに微分演算を行い変化量を求める
微分手段２が接続されている。微分手段２には微分演算
された変化量を制限する制限手段３が接続され、制限手
段３には、その制限された変化量に積分演算を行い制限
された誤差を求める積分手段４が接続されている。積分
手段４の出力は３つに分岐され、分岐されたそれぞれに
比例演算手段５、積分演算手段６、微分演算手段７が接
続されている。それら比例演算手段５、積分演算手段
６、微分演算手段７の出力は加算手段８に接続され、加
算手段８は制御対象９に接続されて、制御対象９の制御
量ｙの分岐された一方が比較手段１に接続されている。
前述の微分手段２、制限手段３及び積分手段４が差分割
手段を構成し、比例演算手段５、積分演算手段６、微分
演算手段７及び加算手段８が演算手段を構成している。

【００１７】次に上記実施例の動作について、その制御
方法を１室の空気調和装置に応用した場合の例を説明す
る。

【００１８】まず、制御系の構成は図１と同じである。
目標値ｒである設定温度情報と、室内側に設けられた室
温検知手段（図示省略）により検出された室温情報ｙと
は比較手段１により比較され誤差情報ｅとなる。この誤
差情報ｅは室外に設置された熱源機（前述の各手段２，
３，４，５，６，７，８及び制御対象９は熱源機側に設
けられている。）に伝送されて、制御演算を行い、制御
対象９である圧縮機の能力を可変する。熱源機内部で
は、誤差情報ｅの変化量を検出するため微分手段２によ
り微分演算を行う。微分結果は制限手段３により一定値
以内に制限される。制限された変化量は積分手段４に送
られ、再び誤差情報に変換される。ただしここでの誤差
情報ｅは誤差値が制限された誤差情報である。積分手段
４の結果は比例演算手段５、積分演算手段６、微分演算
手段７に送られ、その結果の総和を加算手段８によって
得る。すなわち、５、６、７の各演算手段はＰＩＤ制御
の演算を行っているものである。加算結果は操作量ｕと
して圧縮機の能力指令となる。圧縮機の能力指令とは例
えば回転数指令などである。

【００１９】以上の制御方法を用いた場合の応答結果は
図２に示すように、室の室温に対してはそれぞれ熱容量
があるので急激に変化することはありえず、誤差信号ｅ
が急激に変化するのは、目標値ｒである設定温度を変化
させたときのみである。このため、誤差の変化を制限す
ると、室温に対しては、設定温度の変化を制限したこと
と等価である。そして真の設定温度は、そのまま変化し
ないものとすると、等価的な設定温度は制限値による傾
斜を有して真の設定温度に近付いて行くことになり、急
激な応答ｙ１に代えてｙ２のようになる。制御演算は計
算機により実行されることが多く、その場合には、制御
は一定の時間間隔毎に実行され、等価的な設定温度は階
段状に変化する。設定温度をｒ１のように急に大きく変
化させた場合には、従来のＰＩＤ制御の場合には、制御
対象の特性が変動した場合にはｙ１のような応答を示す
ことがある。しかしながら、本実施例による方法では、
目標値ｒが等価的にｒ２のように変化するので、同じ制
御特性であっても、変化幅が小さいので、応答結果はｙ
２のように急激な変化をしないようになる。

【００２０】図３は、多室型の空気調和装置の構成を示
す図であり、３室Ａ、Ｂ、Ｃの空気調和を行う場合の例
である。すなわち、室外に設置された熱源機８０は、冷
媒配管により各室の室内機８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃに接
続されている。熱源機８０には、冷媒を圧縮する圧縮機
８４、各室の室内機８１Ａ、８１Ｂ、８１Ｃに送る冷媒
を調節する膨張弁８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ及び外気と冷
媒の間で熱を交換する熱源機熱交換器８５が設けられて
いる。膨張弁８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃは、圧縮された冷
媒を減圧させることにより冷媒の温度低下を発生させる
と共に、その開度を可変することにより各室内機８１
Ａ、８１Ｂ、８１Ｃへの冷媒の流量を制御するものであ
る。これら膨張弁８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ及び圧縮機８
４を制御することによって、それぞれの室温の制御が可
能になるものである。一方、室内機８１Ａ、８１Ｂ、８
１Ｃは、室内機用の熱交換器、室温を検出するための室
温検出手段、目標とする室温を設定する温度設定手段な
どにより構成されている。

【００２１】次に以上の多室型の空気調和装置における
制御系の動作について図４により説明する。

【００２２】各室の設定温度と検出された各室の室温
は、それぞれ比較手段１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃに
より比較され、誤差情報となる。以下、Ａ、Ｂの２室に
対応する部分の制御演算について説明する（Ｃについて
も同様の演算が行われる）。各室の温度誤差情報はそれ
ぞれ微分手段１０２Ａ、１０２Ｂによりその変化量が検
出され、制限手段１０３Ａ、１０３Ｂによりその変化量
が制限される。制限された変化量は積分手段１０４Ａ、
１０４Ｂにより積分されて制限された誤差情報に変換さ
れる。

【００２３】このようにして変化量の制限された誤差情
報は、それぞれ３つに分岐されて比例演算手段１０５
Ａ、１０５Ｂ、積分演算手段１０６Ａ、１０６Ｂ、微分
演算手段１０７Ａ、１０７ＢによりＰＩＤ制御の演算が
行われ、その演算結果が加算手段１０８Ａ、１０８Ｂで
加算されて操作量が求められ、その操作量によって膨張
弁Ａ、Ｂの開度を決定して、空気調和装置本体１０９を
制御し、各室の室温を設定温度に近づけて行く。

【００２４】一方、積分手段１０４Ａ、１０４Ｂ等から
出力された変化量の制限されたそれぞれの誤差情報は、
加算手段１００に入力されて加算された後、膨張弁用と
は別に設けられた比例演算手段１０５Ｄ、積分演算手段
１０６Ｄ、微分演算手段１０７Ｄに送られ、膨張弁の開
度制御の場合と同様にＰＩＤ制御演算が行われ、演算結
果が加算手段１０８Ｄで加算されて操作量が求められ、
その操作量によって圧縮機の回転数指令に代表される能
力操作を行う。ここで、Ｋｐ１、Ｋｐ２、Ｋｐ３、Ｋｉ
１、Ｋｉ２、Ｋｉ３、Ｋｄ１、Ｋｄ２、Ｋｄ３は各演算
手段における係数である。このようにして、多室型の空
気調和装置の場合にも急激な応答を回避した１室の場合
と同様の制御を行うことができる。又、上述の比例演算
手段１０５Ｄ、積分演算手段１０６Ｄ及び微分演算手段
１０７Ｄが圧縮機演算手段を構成している。

【００２５】以上のように上記実施例によると、簡単な
構成により、制御対象の特性が変動しても応答があまり
変化しない制御を実現することができ、更に制御量検出
部分（室温検出手段）と操作部分（演算手段及び制御対
象）とが離れていても２つの部分の間で必要とする情報
伝達量を最低限にとどめることが可能になる。

【００２６】なお、上記実施例では、制御方法を空気調
和装置の制御に用いたが、これに限らず、例えば生産設
備における温度や圧力などのプロセス量の制御や自動車
などの乗り物の速度制御などに適用しても勿論よい。

【００２７】また、上記実施例では、冷媒を圧縮膨張し
て冷暖房する方式の空気調和装置に応用した例により説
明したが、これに限らず、例えば燃焼による暖房など他
の方式の空気調和装置であっても同様に適用することが
できる。

【００２８】また、上記実施例では、差分割手段は微分
手段、制限手段及び積分手段により構成したが、これに
限らず、目標値と制御量との比較結果である差量をその
差量より小さい小差量に制限（又は分割）すればよく、
同様の機能を有する他の回路であってもよい。あるいは
又、例えば比較結果である差量を、コンピュータを用い
てソフトウェア的に小差量に分割して求め、その小差量
を制御の対象となる新たな誤差として、元の差量が無く
なるまで制御を繰り返し行えばよい。

【００２９】また、上記実施例では、演算手段はＰＩＤ
制御を行う演算手段を用いたが、これに限らず、制御対
象の特性の変動に対して急激な応答をする制御を行う演
算手段であれば適用可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、制御対象の特性が変動しても、急激な応答をし
ない制御ができるという長所がある。

【００３１】また、その制御方法を空気調和装置に用い
た場合に情報の伝送系に負担がかからないという利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる制御方法の基本構成を示すブロ
ック図である。

【図２】同実施例の制御の応答を示す図である。

【図３】本発明にかかる多室型の空気調和装置の構成を
示す図である。

【図４】同実施例の多室型の空気調和装置の制御を示す
ブロック図である。

【図５】従来の制御方法の構成を示すブロック図であ
る。

【図６】従来の制御方法の応答を示す図である。

【図７】従来の別の制御方法の構成を示すブロック図で
ある。

【図８】図７の制御方法の特性を説明するためのブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１、１０１Ａ、１０１Ｂ比較手段２、１０２Ａ、１０２Ｂ微分手段３、１０３Ａ、１０３Ｂ制限手段４、１０４Ａ、１０４Ｂ積分手段５、１０５Ａ、１０５Ｂ、１０５Ｄ比例演算手段６、１０６Ａ、１０６Ｂ、１０６Ｄ積分演算手段７、１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｄ微分演算手段９制御対象８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ膨張弁８４圧縮機１０９空気調和装置本体

フロントページの続き (72)発明者船倉正三大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者佐古千鶴大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】任意に与えられた目標値と制御対象の制
御量を比較手段により比較し、その比較結果である差量
を差分割手段により複数個の小差量に分割し、その分割
された前記小差量毎に、演算手段により前記制御対象の
操作量を演算し、その演算された操作量により前記制御
対象を操作して、前記制御量を前記目標値になるまで追
従させることを特徴とする制御方法。
【請求項２】差分割手段は、前記差量に微分演算を行
う微分手段と、その微分演算された差量を所定量に制限
する制限手段と、その制限された所定量に積分演算を行
う積分手段とを有していることを特徴とする請求項１記
載の制御方法。
【請求項３】演算手段は、前記小差量に対して、比例
演算、積分演算及び微分演算を行い、それらの演算結果
を加算することを特徴とする請求項１又は２記載の制御
方法。
【請求項４】室温を検知する室温検知手段と、その検
知された室温と設定室温を比較する比較手段と、その比
較結果である差量を、複数個の小差量に分割する差分割
手段と、その分割された前記小差量毎に、操作量を演算
する演算手段と、その操作量に従って空調を行う空気調
和装置本体とを備えたことを特徴とする空気調和装置。
【請求項５】複数の室毎の室温をそれぞれ検知する複
数の室温検知手段と、その検知された前記室毎の室温と
その室毎の設定室温をそれぞれ比較する複数の比較手段
と、その比較結果である前記室毎の差量を、複数個の小
差量に分割する複数の差分割手段と、その分割された前
記小差量毎に、前記室毎に対応する膨張弁の操作量を演
算する複数の演算手段と、前記室毎の小差量を加算する
加算手段と、その加算結果に基づき圧縮機の操作量を演
算する圧縮機演算手段と、それら膨張弁及び圧縮機の操
作量に従って空調を行う空気調和装置本体とを備えたこ
とを特徴とする空気調和装置。