(57)【要約】【課題】制御量を意図的に変動させる際に、制御パラメータを変更することなく、フィードバック制御の応答性を高める。【解決手段】制御装置は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとに基づき操作量ＭＶを算出してアクチュエータに出力するフィードバック制御系から、設定値ＳＰを取得する設定値取得部５と、設定値ＳＰが変更されたときに、アクチュエータ８のゲインの変化によって生じる制御量ＰＶの変化が設定値ＳＰの変更に追従する作用になるように、アクチュエータ８のゲインを変化させるアクチュエータ制御部６とを備えている。【選択図】  図１
2014231939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象の目標状態を示す設定値ＳＰと前記制御対象の状態計測値である制御量ＰＶとに基づき操作量ＭＶを算出してアクチュエータに出力するフィードバック制御系から、前記設定値ＳＰを取得する設定値取得手段と、
前記設定値ＳＰが変更されたときに、前記アクチュエータのゲインの変化によって生じる制御量ＰＶの変化が設定値ＳＰの変更に追従する作用になるように、前記アクチュエータのゲインを変化させるアクチュエータ制御手段とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の制御装置において、
前記フィードバック制御系は、熱媒体の流量制御により室内温度を制御する制御ループであり、
前記アクチュエータ制御手段は、室内温度の目標値を示す前記設定値ＳＰの変更に応じて前記熱媒体の温度を制御することにより、前記アクチュエータのゲインを変化させることを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の制御装置において、
前記フィードバック制御系は、前記熱媒体である給気の風量制御により室内温度を制御する制御ループであり、
前記アクチュエータは、前記給気の風量を調節するＶＡＶユニットであり、
前記アクチュエータ制御手段は、室内温度の目標値を示す前記設定値ＳＰの変更に応じて給気温度を制御することにより、前記アクチュエータのゲインを変化させ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、
前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰのランプ状の変更に応じて前記アクチュエータのゲインをランプ状に変化させ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、
前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰのステップ状の変更に応じて前記アクチュエータのゲインをステップ状に変化させることを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰの変更に応じて前記アクチュエータのゲインを変化させた後、この変化前のゲインの値に戻るように、前記設定値ＳＰの変更時点からの経過時間に応じて前記アクチュエータのゲインを変化させることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰの変更パターンが予め与えられている時に、前記設定値ＳＰの変更を事前に通知する信号に応じて、前記設定値ＳＰの変更よりも所定時間だけ早く前記アクチュエータのゲインを変化させることを特徴とする制御装置。
【請求項８】
請求項７記載の制御装置において、
前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰが上昇から下降または下降から上昇に転じる変化点付近で前記アクチュエータのゲインを一定にすることを特徴とする制御装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の制御装置において、
前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰの変更幅または変化率に応じて前記アクチュエータのゲインを変化させることを特徴とする制御装置。
【請求項１０】
制御対象の目標状態を示す設定値ＳＰと前記制御対象の状態計測値である制御量ＰＶとに基づき操作量ＭＶを算出してアクチュエータに出力するフィードバック制御系から、前記設定値ＳＰを取得する設定値取得ステップと、
前記設定値ＳＰが変更されたときに、前記アクチュエータのゲインの変化によって生じる制御量ＰＶの変化が設定値ＳＰの変更に追従する作用になるように、前記アクチュエータのゲインを変化させるアクチュエータ制御ステップとを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の制御方法において、
前記フィードバック制御系は、熱媒体の流量制御により室内温度を制御する制御ループであり、
前記アクチュエータ制御ステップは、室内温度の目標値を示す前記設定値ＳＰの変更に応じて前記熱媒体の温度を制御することにより、前記アクチュエータのゲインを変化させるステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の制御方法において、
前記フィードバック制御系は、前記熱媒体である給気の風量制御により室内温度を制御する制御ループであり、
前記アクチュエータは、前記給気の風量を調節するＶＡＶユニットであり、
前記アクチュエータ制御ステップは、室内温度の目標値を示す前記設定値ＳＰの変更に応じて給気温度を制御することにより、前記アクチュエータのゲインを変化させるステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項１３】
請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記アクチュエータ制御ステップは、前記設定値ＳＰのランプ状の変更に応じて前記アクチュエータのゲインをランプ状に変化させるステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項１４】
請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記アクチュエータ制御ステップは、前記設定値ＳＰのステップ状の変更に応じて前記アクチュエータのゲインをステップ状に変化させるステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記アクチュエータ制御ステップは、前記設定値ＳＰの変更に応じて前記アクチュエータのゲインを変化させた後、この変化前のゲインの値に戻るように、前記設定値ＳＰの変更時点からの経過時間に応じて前記アクチュエータのゲインを変化させるステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項１６】
請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記アクチュエータ制御ステップは、前記設定値ＳＰの変更パターンが予め与えられている時に、前記設定値ＳＰの変更を事前に通知する信号に応じて、前記設定値ＳＰの変更よりも所定時間だけ早く前記アクチュエータのゲインを変化させるステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の制御方法において、
前記アクチュエータ制御ステップは、前記設定値ＳＰが上昇から下降または下降から上昇に転じる変化点付近で前記アクチュエータのゲインを一定にするステップを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項１８】
請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の制御方法において、
前記アクチュエータ制御ステップは、前記設定値ＳＰの変更幅または変化率に応じて前記アクチュエータのゲインを変化させるステップを含むことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御技術に係り、特に省エネルギー制御、居住者の快適制御、あるいはその両立（以下、単に、省エネルギー制御および快適制御と記述）を目的として制御量を意図的に変動させる際に、制御の応答性を高めることができる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】
温度や圧力などのプロセス制御においては、線形制御理論のＰＩＤ制御が主流である（特許文献１）。制御対象のプロセスゲインも、線形特性に近いものほど制御対象として適している。
【０００３】
ＰＩＤを利用する制御技術事例として、例えば、空調制御において居住環境の過剰な悪化を招かない範囲で省エネルギーを実現する安定的な制御の実現可能性を高める技術がある（特許文献２）。また、知的生産性の低下を抑制しながら省エネルギーを実現しようとする技術がある（非特許文献１）。このような技術では、ＰＩＤ制御の設定値を積極的に上下動させて制御量をそれに追従させることで、目的を達成する構成になっている。したがって、応答性が適度に確保されなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４３５８６７４号公報
【特許文献２】特開２０１３−２７４８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】水谷佳奈他，“居住者満足感に基づく変動空調制御技術の開発（第３報）室温変動環境における居住者満足感とエネルギー消費量”，空気調和・衛生工学会大会学術講演論文集，２０１２年９月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
線形制御理論のＰＩＤ制御でプロセスゲインの線形性を損ねないようにフィードバック制御系の応答性を向上させる場合、応答性の向上には限界があった。例えば、特許文献２に開示された技術において、室内温度設定値を変更しても室内温度が変化し難いという現象が起きていた。また、制御の応答性を過度に重視した制御パラメータ設定にすると、制御の安定性が損なわれ、不安定な制御特性になる可能性があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、省エネルギー制御および居住者の快適制御を目的として制御量を意図的に変動させる際に、制御パラメータを変更することなく、フィードバック制御の応答性を高め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】
【０００８】
本発明の制御装置は、制御対象の目標状態を示す設定値ＳＰと前記制御対象の状態計測値である制御量ＰＶとに基づき操作量ＭＶを算出してアクチュエータに出力するフィードバック制御系から、前記設定値ＳＰを取得する設定値取得手段と、前記設定値ＳＰが変更されたときに、前記アクチュエータのゲインの変化によって生じる制御量ＰＶの変化が設定値ＳＰの変更に追従する作用になるように、前記アクチュエータのゲインを変化させるアクチュエータ制御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、前記フィードバック制御系は、熱媒体の流量制御により室内温度を制御する制御ループであり、前記アクチュエータ制御手段は、室内温度の目標値を示す前記設定値ＳＰの変更に応じて前記熱媒体の温度を制御することにより、前記アクチュエータのゲインを変化させ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、前記フィードバック制御系は、前記熱媒体である給気の風量制御により室内温度を制御する制御ループであり、前記アクチュエータは、前記給気の風量を調節するＶＡＶユニットであり、前記アクチュエータ制御手段は、室内温度の目標値を示す前記設定値ＳＰの変更に応じて給気温度を制御することにより、前記アクチュエータのゲインを変化させることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰのランプ状の変更に応じて前記アクチュエータのゲインをランプ状に変化させ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、前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰのステップ状の変更に応じて前記アクチュエータのゲインをステップ状に変化させ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、前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰの変更に応じて前記アクチュエータのゲインを変化させた後、この変化前のゲインの値に戻るように、前記設定値ＳＰの変更時点からの経過時間に応じて前記アクチュエータのゲインを変化させることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の制御装置の１構成例において、前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰの変更パターンが予め与えられている時に、前記設定値ＳＰの変更を事前に通知する信号に応じて、前記設定値ＳＰの変更よりも所定時間だけ早く前記アクチュエータのゲインを変化させ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、前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰが上昇から下降または下降から上昇に転じる変化点付近で前記アクチュエータのゲインを一定に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、前記アクチュエータ制御手段は、前記設定値ＳＰの変更幅または変化率に応じて前記アクチュエータのゲインを変化させることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の制御方法は、制御対象の目標状態を示す設定値ＳＰと前記制御対象の状態計測値である制御量ＰＶとに基づき操作量ＭＶを算出してアクチュエータに出力するフィードバック制御系から、前記設定値ＳＰを取得する設定値取得ステップと、前記設定値ＳＰが変更されたときに、前記アクチュエータのゲインの変化によって生じる制御量ＰＶの変化が設定値ＳＰの変更に追従する作用になるように、前記アクチュエータのゲインを変化させるアクチュエータ制御ステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、設定値ＳＰが変更されたときに、アクチュエータのゲインの変化によって生じる制御量ＰＶの変化が設定値ＳＰの変更に追従する作用になるように、アクチュエータのゲインを変化させることにより、制御量ＰＶの変動のし易さを実現することができ、フィードバック制御系の制御パラメータを変更することなく、フィードバック制御の応答性を高めることができる。
【００１３】
また、本発明では、設定値ＳＰの変更に応じて熱媒体の温度を制御することにより、アクチュエータのゲインを変化させることができる。
【００１４】
また、本発明では、設定値ＳＰの変更に応じてアクチュエータのゲインを変化させた後、この変化前のゲインの値に戻るように、設定値ＳＰの変更時点からの経過時間に応じてアクチュエータのゲインを変化させることにより、フィードバック制御の応答性を改善すると共に、フィードバック制御の収束性も改善することができる。
【００１５】
また、本発明では、設定値ＳＰの変更を事前に通知する信号に応じて、設定値ＳＰの変更よりも所定時間だけ早くアクチュエータのゲインを変化させることにより、フィードバック制御の応答性を改善すると共に、フィードバック制御の収束性も改善することができる。
【００１６】
また、本発明では、設定値ＳＰが上昇から下降または下降から上昇に転じる変化点付近でアクチュエータのゲインを一定にすることにより、フィードバック制御の応答性を改善すると共に、制御量ＰＶのオーバーシュートを抑制することができ、制御量ＰＶの設定値ＳＰへの収束性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】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３】本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の動作例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における設定値と変動倍率の連動パターン例を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るＶＡＶ空調システムの構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るＶＡＶ空調システムの空調制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るプロセス制御のフィードバック制御系とアクチュエータゲイン制御系の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係るＶＡＶ空調システムの空調制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第２の実施の形態における室内温度設定値と変動倍率の連動パターン例を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るＶＡＶ空調システムの動作例を示す図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における室内温度設定値の他の変動パターン例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施の形態における設定値と変動倍率の連動パターン例を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態の動作例を示す図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における設定値と変動倍率の連動パターン例を示す図である。
【図１５】本発明の第４の実施の形態における設定値と変動倍率の他の連動パターン例を示す図である。
【図１６】本発明の第５の実施の形態における設定値と変動倍率の連動パターン例を示す図である。
【図１７】本発明の第６の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の第６の実施の形態に係るアクチュエータゲイン制御系の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
［発明の原理］
ＰＩＤ制御などの制御演算ブロックから見た制御対象のプロセスゲインＫｐは、アクチュエータ側のゲインＫａと被制御物側のゲインＫｍとに分かれる。プロセスゲイン変動は制御演算から見れば外乱に過ぎないが、制御量ＰＶを意図的に変動させる際に、コントローラブルなアクチュエータゲインＫａを、あたかも都合のよい側への外乱印加になるように変動させれば、実質的に制御系の設定値ＳＰ変動応答特性を向上させているのと等価になることに発明者は着眼した。
【００１９】
そして、例えば空調の給気風量による室内温度制御（給気風量がフィードバック制御系の操作量ＭＶとなる制御）であれば、室内温度ＰＶを意図的に上昇変動または下降変動させる際は給気温度を上昇変動または下降変動させるようなアクチュエータゲイン連動型の制御（以下、アクチュエータゲイン連動制御と称する）に想到した。すなわち、このアクチュエータゲイン連動制御は、アクチュエータである風量調整ダンパのゲインＫａを室内温度設定値ＳＰの変更に意図的に連動させることに相当する。
【００２０】
さらに発明者は、例えば省エネルギー制御および快適制御を目的として室内温度ＰＶを意図的に変動させる制御（以下、室内温度変動制御と称する）を建物の空調に適用する場合、制御の安定性志向の不利・有利が変化することが、空調の制御性課題の一要因であることに着眼した。
【００２１】
一般にオフィスビルなどの、人の居住する建物の内部温熱環境は、気象や方位、建物用途などにより、１日、１週間あるいは１ヶ月などの単位で緩やかに変化するものであり、空調の制御パラメータ（例えばＰＩＤパラメータ）は制御の即応性よりも制御の安定性志向で決定される。このような建物において室内温度変動制御を行う場合、安定性志向の制御パラメータ設定では数十分単位の周期での室内温度変動に追従し難い。つまり、安定性指向の制御パラメータ設定では不利である。しかし、安定性志向の制御パラメータから即応性重視の制御パラメータへと再調整を行うことは現場の調整コストを増大させることになる。
【００２２】
一方、非特許文献１に示されているような室内温度変動制御では、過度に室内環境が悪化する確率を低減できるものの、省エネルギーの実現を重視するような運用となる場合もあるため、夏季や冬季の特に消費エネルギーを抑制したい時間帯や期間に限定して運用されることも多い。冷房２６℃、暖房２２℃といった通常の室内温度一定制御に戻した際には、即応性重視の制御パラメータよりも安定性志向の制御パラメータの方が有利である。このように、制御の安定性志向の不利・有利が同じ制御ループ内で変化することが空調の制御性課題の一要因であることに発明者は着眼した。
【００２３】
一方、前述のアクチュエータゲイン連動制御を行うことは、制御演算ブロックから見ればプロセスゲイン変動が生じていることになるので、ロバスト安定の範囲でアクチュエータゲインＫａを変動させるのが好ましいことにも着眼した。
【００２４】
そして、熱媒体の温度を室内温度の変動に連動させて変化させてアクチュエータゲイン連動制御を実現することで、制御パラメータの再調整の必要性が低減し、室内温度一定制御と室内温度変動制御の両立が調整負荷なしに実現できることに想到した。すなわち、意図的にロバスト安定なＰＩＤ調整（安定性志向）にする空調での変動制御は、ロバスト安定な範囲が確保されることが好ましいアクチュエータゲイン連動制御との適正な組合せになる。
【００２５】
［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。本実施の形態では、プロセス制御において、アクチュエータゲインの変化によって生じる制御量ＰＶの変化（外乱）が設定値ＳＰの変更に追従する作用になるように、設定値ＳＰの変更に応じてアクチュエータゲインを変化させることにより、フィードバック制御系の応答性を向上させる。なお、以下の全ての実施の形態において、設定値ＳＰとアクチュエータゲインとの連動パターンは、対象のフィードバック制御系がすべて逆動作である場合（制御量ＰＶが増大すると操作量ＭＶが減少する）について説明する。
【００２６】
図１は本実施の形態の制御装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御装置は、アクチュエータ８と被制御物９とから構成される制御対象７の目標状態を示す設定値ＳＰを入力する設定値入力部１と、制御対象７の状態計測値である制御量ＰＶを入力する制御量入力部２と、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき所定の制御演算アルゴリズムで操作量ＭＶを算出する操作量算出部３と、操作量算出部３によって算出された操作量ＭＶをアクチュエータ８に出力する操作量出力部４と、設定値入力部１に入力される設定値ＳＰを取得する設定値取得部５と、設定値ＳＰが変更されたときに、アクチュエータ８のゲインの変化によって生じる制御量ＰＶの変化（外乱）が設定値ＳＰの変更に追従する作用になるように、アクチュエータ８のゲインを変化させるアクチュエータ制御部６とを備えている。
【００２７】
設定値入力部１と制御量入力部２と操作量算出部３と操作量出力部４と制御対象７とは、プロセス制御のフィードバック（ＦＢ）制御系を構成している。一方、設定値取得部５とアクチュエータ制御部６とは、アクチュエータゲイン（ＡＧ）制御系を構成している。
【００２８】
操作量算出部３（ＰＩＤ制御などの制御演算ブロック）から見た制御対象７のプロセスゲインＫｐは、アクチュエータ８のゲインＫａｇと被制御物９のゲインＫｍとに分かれ、次式のように記述できる。
Ｋｐ＝Ｋａｇ×Ｋｍ                                              ・・・（１）
【００２９】
プロセスゲインＫｐの変動は制御演算から見れば外乱に過ぎないが、例えば省エネルギー制御および快適制御を目的として制御量ＰＶを意図的に変動させる際に、コントローラブルなアクチュエータゲインＫａｇをフィードバック制御系にとって都合のよい側への外乱印加になるように変動させれば、実質的にフィードバック制御系の設定値ＳＰ変動応答特性を向上させているのと等価になる。アクチュエータゲインＫａｇがフィードバック制御系の設定値ＳＰとする連動するパターンは第２の実施の形態以降にも示すように様々あるが、本実施の形態では設定値ＳＰの変更と同時にアクチュエータゲインＫａｇを変更するパターンの例で説明する。
【００３０】
任意の制御周期で、設定値ＳＰが変更され、操作量ＭＶがＭＶ＋ΔＭＶに変化すると制御量ＰＶの変化分ΔＰＶは下記の式となる。
ΔＰＶ＝（Ｋａｇ×Ｋｍ）×ΔＭＶ                                ・・・（２）
【００３１】
また、設定値ＳＰの変更タイミングでアクチュエータゲインＫａｇをフィードバック制御系にとって都合のよい側にΔＫａｇ変化させたとすると、変更後のアクチュエータゲインＫａｇ’は式（３）に示すようになる。
Ｋａｇ’＝（Ｋａｇ＋ΔＫａｇ）                                  ・・・（３）
【００３２】
よって、従来技術のようにアクチュエータゲインＫａｇを変更しない場合に比べ、アクチュエータゲインＫａｇを式（３）のように変更した場合の制御量ＰＶの変化分ΔＰＶａｇは、次式のようになる。
ΔＰＶａｇ＝（Ｋａｇ’×Ｋｍ）×ΔＭＶ
＝（（Ｋａｇ＋ΔＫａｇ）×Ｋｍ）×ΔＭＶ
＝（Ｋａｇ×Ｋｍ）×ΔＭＶ＋（ΔＫａｇ×Ｋｍ）×ΔＭＶ
＝ΔＰＶ＋（ΔＫａｇ×Ｋｍ）×ΔＭＶ                  ・・・（４）
【００３３】
したがって、アクチュエータゲインＫａｇを式（３）のように変更すれば、制御量ＰＶは（ΔＫａｇ×Ｋｍ）×ΔＭＶだけフィードバック制御系にとって都合のよい側の値となることが分かる。ただし、操作量算出部３から見ればプロセスゲイン変動が生じていることになるので、変更後のアクチュエータゲインＫａｇ’はロバスト安定の範囲であるのが好ましい。
【００３４】
なお、変更前のアクチュエータゲインＫａｇに変動倍率α（αは０より大の実数）を乗算して変更後のアクチュエータゲインＫａｇ’を算出するようにしてもよい。
Ｋａｇ’＝α×Ｋａｇ                                            ・・・（５）
【００３５】
図２（Ａ）、図２（Ｂ）は本実施の形態の制御装置の動作を示すフローチャートであり、図２（Ａ）はフィードバック制御系の動作を示すフローチャート、図２（Ｂ）はアクチュエータゲイン制御系の動作を示すフローチャートである。
【００３６】
まず、フィードバック制御系の動作について説明する。設定値ＳＰは、設定値入力部１を介して操作量算出部３に入力される（図２（Ａ）ステップＳ１００）。設定値ＳＰは、例えば室内温度一定制御の制御設定値である基準設定値にあらかじめ設定されており、例えば省エネルギー制御および快適制御を目的として基準設定値から意図的に変更される。このような設定値ＳＰの変更については、例えば特許文献２に開示されている。
【００３７】
制御量ＰＶは、センサなどによって計測され、制御量入力部２を介して操作量算出部３に入力される（図２（Ａ）ステップＳ１０１）。
操作量算出部３は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づいて、以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶを算出する（図２（Ａ）ステップＳ１０２）。
ＭＶ＝（１００／ＰＢ）×｛１＋（１／ＴＩｓ）＋ＴＤｓ｝×（ＳＰ−ＰＶ）
・・・（６）
式（６）において、ＰＢ，ＴＩ，ＴＤはＰＩＤパラメータであり、ＰＢは比例帯、ＴＩは積分時間、ＴＤは微分時間である。ｓはラプラス演算子である。
【００３８】
操作量出力部４は、操作量算出部３によって算出された操作量ＭＶをアクチュエータ８に出力する（図２（Ａ）ステップＳ１０３）。
以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０３の処理が、例えばオペレータからの指令によって制御が終了するまで（図２（Ａ）ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００３９】
次に、アクチュエータゲイン制御系の動作について説明する。設定値取得部５は、設定値入力部１に入力された設定値ＳＰを取得する（図２（Ｂ）ステップＳ２００）。
アクチュエータ制御部６は、設定値取得部５によって取得された設定値ＳＰが直前の設定値ＳＰ（基準設定値）に対して変更されている場合（図２（Ｂ）ステップＳ２０１においてＹＥＳ）、直前の設定値ＳＰに対する変更幅に応じてアクチュエータゲインＫａｇを変更する（図２（Ｂ）ステップＳ２０２）。アクチュエータゲインＫａｇの変更は、例えば式（５）における変動倍率αを設定値ＳＰの変更幅に応じて変更することにより実現できる。このとき、アクチュエータ制御部６は、設定値ＳＰの変更幅が大きいほどアクチュエータゲインＫａｇが大きく変化するように変動倍率αを決定する。
【００４０】
以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２０２の処理が、例えばオペレータからの指令によって制御が終了するまで（図２（Ｂ）ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、一定周期毎に繰り返し実行される。なお、アクチュエータゲイン制御系の周期はフィードバック制御系の周期と同一の値でもよいし、異なる値でもよい。
【００４１】
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に本実施の形態の効果を示すシミュレーション結果を示す。図３（Ａ）は時間ｔ＝３００で設定値ＳＰ＝２５がＳＰ＝２００に変更されたときの制御量ＰＶの変化を示し、図３（Ｂ）はこの設定値変更時の操作量ＭＶの変化を示し、図３（Ｃ）は設定値ＳＰの変化を示し、図３（Ｄ）は変動倍率αの変化を示している。フィードバック制御系は制御の安定性重視で制御パラメータ（ＰＩＤパラメータ）が調整されているものとする。
【００４２】
図３（Ａ）のＰＶ１は従来の技術のようにアクチュエータゲインＫａｇを変更しない場合の制御量ＰＶ、ＰＶ２は本実施の形態のアクチュエータ連動制御により時間ｔ＝３００において変動倍率αを１．５に変更した場合の制御量ＰＶ、ＰＶ３は時間ｔ＝３００において変動倍率αを２に変更した場合の制御量ＰＶである。図３（Ｂ）のＭＶ１はアクチュエータゲインＫａｇを変更しない場合の操作量ＭＶ、ＭＶ２は時間ｔ＝３００において変動倍率αを１．５に変更した場合の操作量ＭＶ、ＭＶ３は時間ｔ＝３００において変動倍率αを２に変更した場合の操作量ＭＶである。
【００４３】
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）によると、従来技術のようにアクチュエータゲインＫａｇを変更しない場合（変動倍率αが常に１）に比べ、本実施の形態のアクチュエータゲイン連動制御を行う場合（ｔ＝３００において変動倍率αを１．５または２に変更する場合）には、制御量ＰＶの設定値ＳＰへの追従にとって都合のよい外乱印加になるようにアクチュエータゲインＫａｇを変更することで、制御量ＰＶの応答性が改善されていることが分かる。つまり、制御量ＰＶ２，ＰＶ３には、制御量ＰＶ１と比較して、設定値ＳＰの変更に追従する変化（外乱）が生じており、設定値ＳＰに対する応答性が高まっていることが分かる。
【００４４】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）には、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）と同様のステップ応答的な設定値変更を意図的に複数回行う場合のアクチュエータゲイン連動パターン例を示している。このように設定値ＳＰのステップ入力の度に、変動倍率αが変更され、アクチュエータゲインＫａｇが変更されることが分かる。
【００４５】
以上のように、本実施の形態では、省エネルギー制御および快適制御を目的として制御量ＰＶを意図的に変更するために設定値ＳＰが変更される際に、この設定値ＳＰの変更と連動してアクチュエータゲインを変動させることで、制御パラメータを変更することなく、フィードバック制御の応答性を改善することができる。なお、制御量ＰＶの設定値ＳＰへの収束性を確保するために、アクチュエータゲインはロバスト安定の範囲で変動させるのが好ましい。
【００４６】
［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。本実施の形態は、アクチュエータゲイン連動制御の一例として、給気風量制御により室内温度を制御する制御ループと給気温度を制御する制御ループとを備える空調制御系において、水や空気などの熱媒体の温度を変更することにより、アクチュエータゲインを変更する例を示すものである。本実施の形態では、特に熱媒体温度の例として給気温度を例に挙げて説明する。本実施の形態が適用される空調システムでは、室内温度設定と給気温度設定が可能であることが必要である。
【００４７】
図５は本実施の形態に係るＶＡＶ（Variable Air Volume）空調システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態のＶＡＶ空調システムは、空調機１０と、空調機１０への冷水の量を制御する冷水弁１１と、空調機１０への温水の量を制御する温水弁１２と、空調機１０からの給気を空調ゾーン１８−１，１８−２へ供給する給気ダクト１６と、空調ゾーン１８−１，１８−２へ供給する給気の量を空調ゾーン毎に制御するＶＡＶユニット１７−１，１７−２と、ＶＡＶユニット１７−１，１７−２を制御する装置であるＶＡＶコントローラ２０−１，２０−２と、空調機１０を制御する空調制御装置２１と、空調ゾーン１８−１，１８−２の室内温度を計測する室内温度センサ２２−１，２２−２と、還気ダクト２３と、外部に排出される空気の量を調整する排気調整用ダンパ２４と、空調機１０に戻る還気の量を調整する還気調整用ダンパ２５と、空調機１０に取り入れる外気の量を調整する外気調整用ダンパ２６と、給気の温度を計測する温度センサ２７と、還気の温度を計測する温度センサ２８とを備えている。
【００４８】
空調機１０は、冷却コイル１３と、加熱コイル１４と、ファン１５とから構成される。ＶＡＶユニット１７−１，１７−２とＶＡＶコントローラ２０−１，２０−２とは、空調ゾーン毎に設けられる。ＶＡＶユニット１７−１，１７−２内には図示しないダンパが設けられており、ＶＡＶユニット１７−１，１７−２を通過する給気の量を調整できるようになっている。図５において、１９−１，１９−２は空調機１０からの給気の吹出口、２９は外気の取入口、３０−１，３０−２は空調ゾーン１８−１，１８−２に設けられたリモコン端末である。
【００４９】
空調機１０におけるファン１５の回転数と、冷水弁１１および温水弁１２の開度は空調制御装置２１により制御される。空調機空気を冷却する場合（一般的には冷房運転の場合）、空調機１０の冷却コイル１３に供給される冷水の量が冷水弁１１によって制御される。一方、空調機空気を加熱する場合（一般的には暖房運転の場合）、空調機１０の加熱コイル１４に供給される温水の量が温水弁１２によって制御される。
【００５０】
冷却コイル１３によって冷却された空気または加熱コイル１４によって加熱された空気は、ファン１５によって送り出される。ファン１５によって送り出された空気（給気）は、給気ダクト１６を介して各空調ゾーン１８−１，１８−２のＶＡＶユニット１７−１，１７−２へ供給され、ＶＡＶユニット１７−１，１７−２を通過して各空調ゾーン１８−１，１８−２へ供給されるようになっている。
【００５１】
ＶＡＶコントローラ２０−１，２０−２は、空調ゾーン１８−１，１８−２の室内温度センサ２２−１，２２−２によって計測された室内温度ＰＶと室内温度設定値ＳＰとの偏差に基づいて操作量ＭＶ（空調ゾーン１８−１，１８−２の要求風量）を演算して要求風量値を空調制御装置２１へ送る一方、その要求風量を確保するように、ＶＡＶユニット１７−１，１７−２内のダンパ（不図示）の開度を制御する。
【００５２】
空調制御装置２１は、各ＶＡＶコントローラ２０−１，２０−２から送られてくる要求風量値からシステム全体の総要求風量値を演算し、この総要求風量値に応じたファン回転数を求め、この求めたファン回転数となるように空調機１０を制御する。
【００５３】
ＶＡＶユニット１７−１，１７−２を通過し、吹出口１９−１，１９−２を介して空調ゾーン１８−１，１８−２へ吹き出される給気は、空調ゾーン１８−１，１８−２における空調制御に貢献した後、還気ダクト２３を経て排気調整用ダンパ２４を介して排出されるが、その一部は還気調整用ダンパ２５を介し還気として空調機１０へ戻される。そして、この空調機１０へ戻される還気に対し、外気が外気調整用ダンパ２６を介して所定の割合で取り込まれる。排気調整用ダンパ２４、還気調整用ダンパ２５、および外気調整用ダンパ２６のそれぞれの開度は空調制御装置２１からの指令によって調整される。
【００５４】
空調制御装置２１は、空調機１０が冷却動作時の場合、温水弁１２の開度を０％にし、温度センサ２７によって計測された給気温度ＳＡＰＶが給気温度設定値ＳＡＳＰと一致するように冷水弁１１の開度を制御する。また、空調制御装置２１は、空調機１０が加熱動作時の場合、冷水弁１１の開度を０％にし、温度センサ２７によって計測された給気温度ＳＡＰＶが給気温度設定値ＳＡＳＰと一致するように温水弁１２の開度を制御する。一般的には、室内温度ＰＶと室内温度設定値ＳＰとの偏差が所定の時間で解消されない場合に各ＶＡＶコントローラ２０−１，２０−２から送られてくる冷房能力増加要求や暖房能力増加要求に応じて給気温度ＳＡＰＶを変更する。以上の動作は、従来のＶＡＶ空調システムと同様である。
【００５５】
次に、本実施の形態の特徴について説明する。図６は空調制御装置２１の構成を示すブロック図であり、図７は本実施の形態のプロセス制御のフィードバック（ＦＢ）制御系とアクチュエータゲイン（ＡＧ）制御系の構成を示す図である。
空調制御装置２１は、室内温度設定値ＳＰを取得する室内温度設定値取得部２１０と、室内温度設定値ＳＰに応じて給気温度設定値ＳＡＳＰを算出する給気温度設定値算出部２１１と、温度センサ２７によって計測された給気温度ＳＡＰＶを取得する給気温度計測値取得部２１２と、冷水弁２および温水弁３の開度を示す操作量ＳＡＭＶを算出する操作量算出部２１３と、操作量ＳＡＭＶを冷水弁２および温水弁３に出力する操作量出力部２１４と、空調機１０のファン１５を制御する風量制御部２１５とを有する。
【００５６】
室内温度設定値取得部２１０は、図１の設定値取得部５に相当する。給気温度設定値算出部２１１と給気温度計測値取得部２１２と操作量算出部２１３と操作量出力部２１４とは、図１のアクチュエータ制御部６に相当する。ＶＡＶコントローラ２０−１，２０−２は、図１の設定値入力部１と制御量入力部２と操作量算出部３と操作量出力部４とに相当する。ＶＡＶユニット１７−１，１７−２は、図１のアクチュエータ８に相当する。空調ゾーン１８−１，１８−２は、図１の被制御物９に相当する。
【００５７】
したがって、ＶＡＶコントローラ２０−１，２０−２とＶＡＶユニット１７−１，１７−２と空調ゾーン１８−１，１８−２とは、フィードバック（ＦＢ）制御系を構成し、室内温度設定値取得部２１０と給気温度設定値算出部２１１と給気温度計測値取得部２１２と操作量算出部２１３と操作量出力部２１４とは、アクチュエータゲイン（ＡＧ）制御系を構成している。
【００５８】
本実施の形態では、以上のようなＶＡＶ空調システムにおいて、省エネルギー制御および快適制御を目的として室内温度ＰＶを意図的に変更するために室内温度設定値ＳＰが変更される際に、この室内温度設定値ＳＰの変更と連動して給気温度設定値ＳＡＳＰを変更することにより、給気温度ＳＡＰＶを変更し、室内温度制御の応答性を改善する。フィードバック制御系における室温制御に必要な給気風量は給気温度ＳＡＰＶに依存するため、給気温度ＳＡＰＶを変更することは、アクチュエータゲインを変化させることを意味する。
【００５９】
図８は空調制御装置２１の動作を示すフローチャートである。室内温度設定値取得部２１０は、室内温度設定値ＳＰを取得する（図８ステップＳ３００）。室内温度設定値ＳＰは、室内温度一定制御の制御設定値である基準設定値にあらかじめ設定されており、例えば省エネルギー制御および快適制御を目的として基準設定値から意図的に変更される。
【００６０】
給気温度設定値算出部２１１は、室内温度設定値取得部２１０によって取得された室内温度設定値ＳＰが直前の室内温度設定値ＳＰ（基準設定値）に対して変更されている場合（図８ステップＳ３０１においてＹＥＳ）、直前の室内温度設定値ＳＰに対する変更幅に応じて給気温度設定値ＳＡＳＰを変更する（図８ステップＳ３０２）。
【００６１】
給気温度設定値算出部２１１は、例えば変更前の給気温度設定値ＳＡＳＰに変動倍率α（αは０より大の実数）を乗算して変更後の給気温度設定値ＳＡＳＰ’を算出する。式（７）における変動倍率αを室内温度設定値ＳＰの変更幅に応じて変更することにより、給気温度設定値ＳＡＳＰの変更を実現することができる。このとき、給気温度設定値算出部２１１は、室内温度設定値ＳＰの変更幅が大きいほど給気温度設定値ＳＡＳＰが大きく変化するように変動倍率αを決定する。
ＳＡＳＰ’＝α×ＳＡＳＰ                                        ・・・（７）
【００６２】
給気温度計測値取得部２１２は、温度センサ２７によって計測された給気温度ＳＡＰＶを取得する（図８ステップＳ３０３）。
操作量算出部２１３は、所定の制御演算アルゴリズムに従って、給気温度ＳＡＰＶと給気温度設定値ＳＡＳＰとが一致するように操作量ＳＡＭＶを算出する（図８ステップＳ３０４）。操作量出力部２１４は、操作量算出部２１３が算出した操作量ＳＡＭＶを冷水弁２および温水弁３に出力する（図８ステップＳ３０５）。こうして、冷水弁１１および温水弁１２の開度が制御され、空調機１０に供給される熱媒（冷水または温水）の量が制御される。なお、前述のとおり、空調機１０が冷却動作時の場合には温水弁１２の開度は予め規定された最小値（通常は０％近傍）に固定され、空調機１０が加熱動作時の場合には冷水弁１１の開度は予め規定された最小値（通常は０％近傍）に固定される。制御演算アルゴリズムとしては、例えばＰＩＤがある。
【００６３】
風量制御部２１５は、各ＶＡＶコントローラ２０−１，２０−２から送られてくる要求風量値からシステム全体の総要求風量値を演算し、この総要求風量値に応じたファン回転数を求め、この求めたファン回転数となるような空調機１０のファン１５の制御を一定周期で継続している。すなわち、風量制御部２１５の処理はＳ３００〜Ｓ３０５によって給気温度が変更された場合に限らず継続的にファン風量制御が行われる（図８ステップＳ３０６）。
【００６４】
空調制御装置２１は、以上のようなステップＳ３００〜Ｓ３０５の処理を例えば居住者や空調の管理者からの指令によって空調制御が終了するまで（図８ステップＳ３０７においてＹＥＳ）、一定時間毎に行う。図８のステップＳ３００，Ｓ３０１，Ｓ３０２は、それぞれ図２（Ｂ）のステップＳ２００，Ｓ２０１，Ｓ２０２に相当する。
【００６５】
省エネルギー制御および快適制御を目的として室内温度ＰＶを変更する場合、例えば室内温度設定値ＳＰを意図的にステップ的に緩和するような動作では、第１の実施の形態の図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示したような室内温度設定値ＳＰと変動倍率αの連動パターンが適用できる。
【００６６】
また、非特許文献１に開示されているようなランプ状の室温上下動を連続するスケジュールに適用する室内温度設定値ＳＰと変動倍率αの連動パターン例を図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示す。
【００６７】
図９（Ａ）、図９（Ｂ）に示した連動パターンを実際の建物の空調ゾーンに適用した結果を図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示す。図１０（Ａ）は室内温度設定値ＳＰと給気温度設定値ＳＡＳＰの変化を示し、図１０（Ｂ）は室内温度ＰＶの変化を示している。図１０（Ｂ）に示した現場適用データでは、室内温度設定値ＳＰの変動幅に対して実際の居住域の室内温度ＰＶの変動幅が小さく、室内温度設定値ＳＰを変更しただけでは実際の室内温度ＰＶを変更し難いことが分かる。
【００６８】
以上のように、本実施の形態では、省エネルギー制御および快適制御を目的として室内温度ＰＶを意図的に変更するために室内温度設定値ＳＰが変更される際に、アクチュエータゲインの変化によって生じる室内温度ＰＶの変化（外乱）が室内温度設定値ＳＰの変更に追従する作用になるように、室内温度設定値ＳＰの変更に応じて給気温度ＳＡＰＶを変更することにより、室内温度制御の応答性を改善することができる。なお、室内温度ＰＶの室内温度設定値ＳＰへの収束性を確保するために、給気温度ＳＡＰＶはロバスト安定の範囲で変動させるのが好ましい。
【００６９】
また、本実施の形態では、室内温度設定値ＳＰのランプ状の変動のパターン例として図９（Ａ）の例を挙げて説明したが、これに限るものではなく、室内温度設定値ＳＰの変動パターンとしては図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）に示すようなものもある。図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）のいずれのパターンについても室内温度設定値ＳＰの変更に連動させて給気温度ＳＡＰＶを変更すればよい。
【００７０】
［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。本実施の形態は、第１、第２の実施の形態における設定値ＳＰと変動倍率αの連動パターンの別の例を示すものであり、フィードバック制御系の制御偏差を考慮した例を示すものである。フィードバック制御系の制御偏差の大きさを反映してアクチュエータゲインを変更すると、設定値ＳＰが変更されたときのフィードバック制御の応答性が高まると共に、フィードバック制御の収束性も高まる。
【００７１】
第１、第２の実施の形態によれば、設定値ＳＰの変更幅が大きいほど、すなわち制御偏差Δ｜ＳＰ−ＰＶ｜が大きいほど、アクチュエータゲインを大きく変更するが、制御導入時の制御パラメータ調整によってフィードバック制御系の収束性はある程度確保されているのであるから、設定値ＳＰ変更後の経過時間が長いほど変動倍率αが小さくなるように変動倍率αを決定すればよい。
【００７２】
図４（Ａ）に示したものと同様のステップ状の設定値ＳＰ変更に対し、制御偏差を考慮してアクチュエータゲインを変動させる連動パターン例を図１２（Ａ）〜図１２（Ｄ）に示す。図１２（Ｂ）は設定値ＳＰの変更に応じて変動倍率αを変化させた後、この変化前のαの値に戻るように、設定値ＳＰの変更時点からの経過時間に応じて変動倍率αをステップ的に変更する例を示している。
【００７３】
図１２（Ｃ）は設定値ＳＰ変更後の経過時間と変動倍率αとの関係を示す線形の関数を用いることにより、設定値ＳＰの変更時点からの経過時間に応じて変動倍率αを決定する例を示している。図１２（Ｄ）は設定値ＳＰ変更後の経過時間と変動倍率αとの関係を示す非線形の関数を用いることにより、設定値ＳＰの変更時点からの経過時間に応じて変動倍率αを決定する例を示している。以上のような変動倍率αの決定を、第１の実施の形態のアクチュエータ制御部６、あるいは第２の実施の形態の給気温度設定値算出部２１１において行えばよい。
【００７４】
図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）に本実施の形態の効果を示すシミュレーション結果を示す。ここでは、図１２（Ｂ）のタイプで設定値ＳＰと変動倍率αを連動させた例を示す。図１３（Ａ）は時間ｔ＝３００で設定値ＳＰ＝２５がＳＰ＝２００に変更されたときの制御量ＰＶの変化を示し、図１３（Ｂ）はこの設定値変更時の操作量ＭＶの変化を示し、図１３（Ｃ）は変動倍率αの変化を示している。
【００７５】
図１３（Ａ）のＰＶ１は従来技術のようにアクチュエータゲインを変更しない場合の制御量ＰＶ、ＰＶ２は図１３（Ｃ）のように変動倍率αを変更した場合の制御量ＰＶである。図１３（Ｂ）のＭＶ１はアクチュエータゲインを変更しない場合の操作量ＭＶ、ＭＶ２は図１３（Ｃ）のように変動倍率αを変更した場合の操作量ＭＶである。
【００７６】
図１２（Ｂ）で説明したとおり、このシミュレーションでは設定値ＳＰの変更時点からの経過時間に応じて変動倍率αをステップ的に変更している。図１３（Ａ）〜図１３（Ｃ）によると、従来技術のようにアクチュエータゲインを変更しない場合（変動倍率αが常に１）に比べ、本実施の形態のアクチュエータゲイン連動制御を行う場合には、制御量ＰＶの設定値ＳＰへの漸近が速くなり、フィードバック制御の応答性が向上していることが分かる。
【００７７】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１、第２の実施の形態における設定値ＳＰと変動倍率αの連動パターンの別の例を示すものであり、フィードバック制御系の時間遅れを考慮した例を示すものである。フィードバック制御系の時間遅れを考慮してアクチュエータゲインを変更すると、設定値ＳＰ変更時のフィードバック制御の応答性が高まると共に、フィードバック制御の収束性も高まる。時間遅れが大きい被制御物であるほどアクチュエータゲインを早く変更する。
【００７８】
図４（Ａ）に示したものと同様のステップ状の設定値ＳＰ変更に対し、フィードバック制御系の時間遅れを考慮してアクチュエータゲインを変動させる連動パターン例を図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ）に示す。図１４（Ａ）〜図１４（Ｄ）に示した例では、設定値ＳＰの変更よりも一定時間ｔ１だけ早くアクチュエータゲイン（変動倍率α）の変更を開始している。一定時間ｔ１には、制御対象の時間遅れ（設定値ＳＰに対する室内温度ＰＶの遅れ時間）がおおよそでもわかっている場合にはこの値を設定したり、ｔ１＝０（時間遅れを考慮しない連動パターンを適用した場合）の時の室内温度ＰＶの応答データを取得し、このデータから取得した設定値ＳＰに対する室内温度ＰＶの遅れ時間を設定したりすればよい。
【００７９】
図１４（Ｂ）は設定値ＳＰ変更後の経過時間に応じて変動倍率αをステップ的に変更する図１２（Ｂ）の例に対して、設定値ＳＰの変更よりも一定時間ｔ１だけ早くアクチュエータゲイン（変動倍率α）の変更を開始した例を示している。図１４（Ｃ）は設定値ＳＰ変更後の経過時間と変動倍率αとの関係を示す線形の関数を用いることにより、設定値ＳＰ変更後の経過時間に応じて変動倍率αを決定する図１２（Ｃ）の例に対して、設定値ＳＰの変更よりも一定時間ｔ１だけ早くアクチュエータゲイン（変動倍率α）の変更を開始した例を示している。図１４（Ｄ）は設定値ＳＰ変更後の経過時間と変動倍率αとの関係を示す非線形の関数を用いることにより、設定値ＳＰ変更後の経過時間に応じて変動倍率αを決定する図１２（Ｄ）の例に対して、設定値ＳＰの変更よりも一定時間ｔ１だけ早くアクチュエータゲイン（変動倍率α）の変更を開始した例を示している。このような変動倍率αの決定を、第１の実施の形態のアクチュエータ制御部６、あるいは第２の実施の形態の給気温度設定値算出部２１１において行えばよい。
【００８０】
図９（Ａ）に示したものと同様のランプ状の設定値ＳＰ変更に対し、フィードバック制御系の時間遅れを考慮してアクチュエータゲインを変動させる連動パターン例を図１５（Ａ）、図１５（Ｂ）に示す。
【００８１】
以上のように、本実施の形態では、フィードバック制御系の時間遅れを考慮して変動倍率αを変更してアクチュエータゲインを変更することにより、フィードバック制御の応答性を改善することができ、制御の収束性も改善することができる。
【００８２】
なお、設定値ＳＰの変更に先んじてアクチュエータゲインを変更することは難しいので、実際の制御では設定値ＳＰの変更を行う変更手段（不図示）から、設定値ＳＰの変更及びその変更幅を事前に通知する信号を受信することになる。例えば、典型的なものとして、設定値ＳＰの変更を行う変更手段には、実施の形態２で述べたような設定値ＳＰの変更パターンの情報が予めスケジューリングされている場合がある。これにより、設定値ＳＰの変更よりも所定の時間ｔ１だけ早くアクチュエータのゲインを変更することができる。
【００８３】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１、第２の実施の形態における設定値ＳＰと変動倍率αの連動パターンの別の例を示すものであり、第４の実施の形態と同様にフィードバック制御系の時間遅れを考慮すると共に、設定値ＳＰの変化点における制御量ＰＶのオーバーシュートを考慮した例を示すものである。ランプ状に変更される設定値ＳＰが上昇から下降に転じる変化点付近、あるいは下降から上昇に転じる変化点付近では、制御量ＰＶに変化点前の設定値変更方向へのオーバーシュートが起き易い。本実施の形態では、このようなオーバーシュートの発生を抑制することを目的とする。
【００８４】
図９（Ａ）に示したものと同様のランプ状の設定値ＳＰ変更に対し、フィードバック制御系の時間遅れを考慮すると共に設定値ＳＰの変化点における制御量ＰＶのオーバーシュートを考慮してアクチュエータゲインを変動させる連動パターン例を図１６（Ａ）、図１６（Ｂ）に示す。図１６（Ｂ）における１６０は第４の実施の形態の連動パターン例を示し、１６１は本実施の形態における連動パターン例を示している。
【００８５】
このように、本実施の形態では、フィードバック制御系の時間遅れを考慮して変動倍率αを変更すると同時に、設定値ＳＰが上昇から下降に転じる変化点付近、あるいは下降から上昇に転じる変化点付近では変動倍率αを一定にしてアクチュエータゲインの変更を中止することにより、第４の実施の形態で説明した効果に加えて、制御量ＰＶのオーバーシュートを抑制するという効果を得ることができ、制御量ＰＶの設定値ＳＰへの収束性を高めることができる。
【００８６】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。第１〜第５の実施の形態では、設定値ＳＰの変更幅に応じてアクチュエータゲインを変更しているが、設定値ＳＰの変化率に応じてアクチュエータゲインを変更してもよい。図１７は本実施の形態の制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。
【００８７】
本実施の形態の制御装置は、設定値入力部１と、制御量入力部２と、操作量算出部３と、操作量出力部４と、設定値取得部５と、アクチュエータ制御部６ａと、設定値ＳＰの変化率を算出する設定値変化率算出部４０とを備えている。設定値取得部５と設定値変化率算出部４０とアクチュエータ制御部６ａとは、アクチュエータゲイン（ＡＧ）制御系を構成している。
【００８８】
図１８は本実施の形態のアクチュエータゲイン（ＡＧ）制御系の動作を示すフローチャートである。図１８のステップＳ４００の処理は図２（Ｂ）のステップＳ２００と同じである。
設定値変化率算出部４０は、設定値取得部５によって取得された設定値ＳＰの直前の設定値ＳＰに対する変化率を算出する（図１８ステップＳ４０１）。
【００８９】
アクチュエータ制御部６ａは、設定値変化率算出部４０によって算出された設定値ＳＰの変化率が直前の変化率に対して変化した場合、設定値ＳＰが変更されたと認識し（図１８ステップＳ４０２においてＹＥＳ）、設定値ＳＰの変化率に応じてアクチュエータゲインＫａｇを変更する（図１８ステップＳ４０３）。アクチュエータゲインＫａｇの変更は、例えば式（５）における変動倍率αを設定値ＳＰの変化率に応じて変更することにより実現できる。このとき、アクチュエータ制御部６ａは、設定値ＳＰの変化率が大きいほどアクチュエータゲインＫａｇが大きく変化するように変動倍率αを決定する。
【００９０】
以上のようなステップＳ４００〜Ｓ４０３の処理が、例えばオペレータからの指令によって制御が終了するまで（図１８ステップＳ４０４においてＹＥＳ）、一定周期毎に繰り返し実行される。
【００９１】
なお、第１〜第６の実施の形態では、対象のフィードバック制御系が逆動作である場合について説明しているが、フィードバック制御系が正動作（制御量ＰＶが増大すると操作量ＭＶも増大する）の対象に本発明を適用してもよい。フィードバック制御系が正動作の場合にも、第１〜第６の実施の形態と同様に変動倍率αを決定すればよい。
【００９２】
第１〜第６の実施の形態で説明した制御装置は、ＣＰＵ、記憶装置及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６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】
【００９３】
本発明は、プロセス制御技術において、室内温度などの制御量を省エネルギーあるいは居住者の快適性改善のために変動させる技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００９４】
１…設定値入力部、２…制御量入力部、３…操作量算出部、４…操作量出力部、５…設定値取得部、６，６ａ…アクチュエータ制御部、７…制御対象、８…アクチュエータ、９…被制御物、１０…空調機、１１…冷水弁、１２…弁、１３…冷却コイル、１４…加熱コイル、１５…ファン、１７−１，１７−２…ＶＡＶユニット、１８−１，１８−２…空調ゾーン、２０−１，２０−２…ＶＡＶコントローラ、２１…空調制御装置、２２−１，２２−２，２７，２８…温度センサ、４０…設定値変化率算出部、２１０…室内温度設定値取得部、２１１…給気温度設定値算出部、２１２…給気温度計測値取得部、２１３…操作量算出部、２１４…操作量出力部、２１５…風量制御部。
【図１】
2014231939.tif 000003
【図２】
2014231939.tif 000004
【図３】
2014231939.tif 000005
【図４】
2014231939.tif 000006
【図５】
2014231939.tif 000007
【図６】
2014231939.tif 000008
【図７】
2014231939.tif 000009
【図８】
2014231939.tif 000010
【図９】
2014231939.tif 000011
【図１０】
2014231939.tif 000012
【図１１】
2014231939.tif 000013
【図１２】
2014231939.tif 000014
【図１３】
2014231939.tif 000015
【図１４】
2014231939.tif 000016
【図１５】
2014231939.tif 000017
【図１６】
2014231939.tif 000018
【図１７】
2014231939.tif 000019
【図１８】
2014231939.tif 000020