(57)【要約】【課題】主制御系が複数系統であり、副制御系が１系統のみというマルチループ制御系において、省エネルギーを実現する。【解決手段】協調動作装置は、主制御系毎に設けられ、操作量を算出して対応する主制御系のアクチュエータに出力する主制御部１−１〜１−ｎと、主制御部１−１〜１−ｎによって算出された操作量に対して加重演算を行なうことにより操作量を合成するセレクタ２と、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を調整するための１つの副制御系に対応して設けられ、平衡点を示す所定の操作量設定値を入力とすると共に、セレクタ２から出力された合成後の操作量を制御量入力として、調整操作量を算出して副制御系のアクチュエータに出力する操作量調整制御部３とを備える。【選択図】  図１
2014142865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の主制御系に対応して設けられ、主制御の設定値と主制御の制御量を入力として制御演算により第１の操作量を算出する複数の第１の制御演算手段と、
主制御系毎に設けられ、対応する主制御系の前記第１の制御演算手段によって算出された第１の操作量を対応する主制御系のアクチュエータに出力する複数の第１の操作量出力手段と、
前記複数の第１の制御演算手段によって算出された複数の第１の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第１の操作量を合成して第２の操作量を出力する合成手段と、
主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を調整するための１つの副制御系に対応して設けられ、前記平衡点を示す所定の操作量設定値を入力とすると共に、前記合成手段から出力された第２の操作量を制御量入力として、制御演算により第３の操作量を算出する第２の制御演算手段と、
前記第２の制御演算手段によって算出された第３の操作量を副制御系のアクチュエータに出力する第２の操作量出力手段とを備えることを特徴とする協調動作装置。
【請求項２】
請求項１記載の協調動作装置において、
前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
前記第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである積分時間は、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値であることを特徴とする協調動作装置。
【請求項３】
請求項１記載の協調動作装置において、
前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
前記第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである微分時間は、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値であることを特徴とする協調動作装置。
【請求項４】
請求項１記載の協調動作装置において、
前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
前記第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである積分時間を、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値に制限する積分時間リミッタをさらに備えることを特徴とする協調動作装置。
【請求項５】
請求項１記載の協調動作装置において、
前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
前記第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである微分時間を、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値に制限する微分時間リミッタをさらに備えることを特徴とする協調動作装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の協調動作装置において、
さらに、前記複数の第１の制御演算手段によって算出された複数の第１の操作量を小さい順あるいは大きい順に並び替える整列手段を備え、
前記合成手段は、前記整列手段によって並び替えられた複数の第１の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第１の操作量を合成することを特徴とする協調動作装置。
【請求項７】
請求項６記載の協調動作装置において、
前記合成手段は、前記第１の操作量の最小値あるいは最大値を選択する加重演算を行なうことを特徴とする協調動作装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の協調動作装置において、
前記合成手段が行なう加重演算の加重は、前記第１の操作量の数値に連動する可変的な加重であることを特徴とする協調動作装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の協調動作装置において、
さらに、前記平衡点に直接影響する状態量を監視し、前記第３の操作量の操作に制限を与える管理手段を備えることを特徴とする協調動作装置。
【請求項１０】
主制御の設定値と主制御の制御量を入力として制御演算により第１の操作量を主制御系毎に算出する第１の制御演算ステップと、
前記第１の制御演算ステップで算出した複数の第１の操作量をそれぞれ対応する主制御系のアクチュエータに出力する第１の操作量出力ステップと、
前記第１の制御演算ステップで算出した複数の第１の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第１の操作量を合成して第２の操作量を得る合成ステップと、
主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を示す所定の操作量設定値を入力とすると共に、前記合成ステップで得られた第２の操作量を制御量入力として、制御演算により第３の操作量を算出する第２の制御演算ステップと、
前記第２の制御演算ステップで算出した第３の操作量を、前記平衡点を調整するための１つの副制御系のアクチュエータに出力する第２の操作量出力ステップとを含むことを特徴とする協調動作方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の協調動作方法において、
前記第１の制御演算ステップと前記第２の制御演算ステップで行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
前記第２の制御演算ステップで用いるＰＩＤパラメータである積分時間は、前記第１の制御演算ステップで用いる全ての積分時間以上の値であることを特徴とする協調動作方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の協調動作方法において、
前記第１の制御演算ステップと前記第２の制御演算ステップで行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
前記第２の制御演算ステップで用いるＰＩＤパラメータである微分時間は、前記第１の制御演算ステップで用いる全ての微分時間以下の値であることを特徴とする協調動作方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の協調動作方法において、
前記第１の制御演算ステップと前記第２の制御演算ステップで行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
前記第２の制御演算ステップで用いるＰＩＤパラメータである積分時間を、前記第１の制御演算ステップで用いる全ての積分時間以上の値に制限する積分時間制限ステップをさらに含むことを特徴とする協調動作方法。
【請求項１４】
請求項１０記載の協調動作方法において、
前記第１の制御演算ステップと前記第２の制御演算ステップで行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、
前記第２の制御演算ステップで用いるＰＩＤパラメータである微分時間を、前記第１の制御演算ステップで用いる全ての微分時間以下の値に制限する微分時間制限ステップをさらに含むことを特徴とする協調動作方法。
【請求項１５】
請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の協調動作方法において、
さらに、前記第１の制御演算ステップで算出した複数の第１の操作量を小さい順あるいは大きい順に並び替える整列ステップを含み、
前記合成ステップは、前記整列ステップで並び替えた複数の第１の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第１の操作量を合成することを特徴とする協調動作方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の協調動作方法において、
前記合成ステップは、前記第１の操作量の最小値あるいは最大値を選択する加重演算を行なうことを特徴とする協調動作方法。
【請求項１７】
請求項１０乃至１４のいずれか１項に記載の協調動作方法において、
前記合成ステップで行なう加重演算の加重は、前記第１の操作量の数値に連動する可変的な加重であることを特徴とする協調動作方法。
【請求項１８】
請求項１０乃至１７のいずれか１項に記載の協調動作方法において、
さらに、前記平衡点に直接影響する状態量を監視し、前記第３の操作量の操作に制限を与える管理ステップを含むことを特徴とする協調動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御の主目的のための主制御系が複数系統であり、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を調整するための副制御系が１系統のみというマルチループ制御系において、省エネルギーを実現することができる協調動作装置および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量を制御するためのプロセス制御系において、例えば温度が制御対象であれば、ヒータと温度センサと温調計が１個ずつというように、１個の制御量ＰＶに対して１個のアクチュエータという組合せが基本になる。
【０００３】
一方で、加熱アクチュエータ（ヒータ）と冷却アクチュエータ（冷却器）という２個のアクチュエータを協調動作させて、温度を制御する方法も提案されている（特許文献１参照）。図１０は特許文献１に開示された制御装置を加熱処理炉の温度制御に適用した例を示す図、図１１は特許文献１に開示された制御装置の構成を示すブロック図である。加熱処理炉１００では、ヒータ１０１で加熱、冷却器１０２で冷却した空気を循環させるようになっている。
【０００４】
コントローラ１０４は、加熱処理炉１００内の温度センサ１０３によって計測された制御量（温度計測値）ＰＶ＿Ａと設定値ＳＰ＿Ａに基づいてＰＩＤ制御演算により加熱用の操作量ＭＶ＿Ａを算出する。コントローラ１０５は、設定値ＳＰ＿Ｂとしてコントローラ１０４の加熱用操作量ＭＶ＿Ａの望ましい値を採用し、制御量としてコントローラ１０４の加熱用操作量ＭＶ＿Ａを採用し、ＰＩＤ制御演算により冷却用の操作量ＭＶ＿Ｂを算出する。
【０００５】
特許文献１に開示された技術によれば、単に温度を制御するだけではなく、加熱と冷却の相殺を低減してエネルギー効率を改善することができる。特許文献１に開示された技術の特徴は、エネルギー効率に影響を与える要因である、ヒータ出力と冷却器出力との平衡点に着眼し、ヒータ出力（操作量ＭＶ＿Ａ）を常時監視しながら調整する制御ループを付加したことである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３８０５９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された技術は、加熱１系統（１個の加熱アクチュエータ）に冷却１系統（１個の冷却アクチュエータ）の組合せを前提とする制御技術である。しかし、エネルギー効率に影響するアクチュエータは必ずしも２個とは限らない。例えば図１２に示すように、加熱処理炉１００内に加熱したいゾーン１０６−１〜１０６−４が複数あって、ゾーン１０６−１〜１０６−４毎にヒータ１０１−１〜１０１−４が設けられ、さらに加熱処理炉１００内の空気を冷却する１個の冷却器１０２が設けられている場合、すなわち加熱複数系統に冷却１系統の組合せという場合もある。
【０００８】
図１２の構成は、加熱を目的とする通常制御の系統が複数あれば、複数の制御量（温度）を制御可能であるので、エネルギー効率を考慮しなければ、問題なく成り立つ構成である。また、この構成は、製造装置の製造コストの面で見れば、むしろ合理的な構成である。このように、制御の主目的のための主制御系が複数系統であり、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を調整するための副制御系が１系統のみという構成に対しては、特許文献１に開示された技術を適用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、主制御系が複数系統であり、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を調整するための副制御系が１系統のみというマルチループ制御系において、省エネルギーを実現することができる協調動作装置および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】
本発明の協調動作装置は、複数の主制御系に対応して設けられ、主制御の設定値と主制御の制御量を入力として制御演算により第１の操作量を算出する複数の第１の制御演算手段と、主制御系毎に設けられ、対応する主制御系の前記第１の制御演算手段によって算出された第１の操作量を対応する主制御系のアクチュエータに出力する複数の第１の操作量出力手段と、前記複数の第１の制御演算手段によって算出された複数の第１の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第１の操作量を合成して第２の操作量を出力する合成手段と、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を調整するための１つの副制御系に対応して設けられ、前記平衡点を示す所定の操作量設定値を入力とすると共に、前記合成手段から出力された第２の操作量を制御量入力として、制御演算により第３の操作量を算出する第２の制御演算手段と、前記第２の制御演算手段によって算出された第３の操作量を副制御系のアクチュエータに出力する第２の操作量出力手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、前記第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである積分時間は、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値である。
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、前記第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである微分時間は、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値である。
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、前記第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである積分時間を、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値に制限する積分時間リミッタをさらに備えることを特徴とする。
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記第１の制御演算手段と前記第２の制御演算手段が行なう制御演算は、ＰＩＤ制御演算であり、前記第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである微分時間を、全ての前記第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値に制限する微分時間リミッタをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の協調動作装置の１構成例は、さらに、前記複数の第１の制御演算手段によって算出された複数の第１の操作量を小さい順あるいは大きい順に並び替える整列手段を備え、前記合成手段は、前記整列手段によって並び替えられた複数の第１の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第１の操作量を合成することを特徴とするものである。
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記合成手段は、前記第１の操作量の最小値あるいは最大値を選択する加重演算を行なうことを特徴とするものである。
また、本発明の協調動作装置の１構成例において、前記合成手段が行なう加重演算の加重は、前記第１の操作量の数値に連動する可変的な加重である。
また、本発明の協調動作装置の１構成例は、さらに、前記平衡点に直接影響する状態量を監視し、前記第３の操作量の操作に制限を与える管理手段を備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の協調動作方法は、主制御の設定値と主制御の制御量を入力として制御演算により第１の操作量を主制御系毎に算出する第１の制御演算ステップと、前記第１の制御演算ステップで算出した複数の第１の操作量をそれぞれ対応する主制御系のアクチュエータに出力する第１の操作量出力ステップと、前記第１の制御演算ステップで算出した複数の第１の操作量に対して加重演算を行なうことにより前記複数の第１の操作量を合成して第２の操作量を得る合成ステップと、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を示す所定の操作量設定値を入力とすると共に、前記合成ステップで得られた第２の操作量を制御量入力として、制御演算により第３の操作量を算出する第２の制御演算ステップと、前記第２の制御演算ステップで算出した第３の操作量を、前記平衡点を調整するための１つの副制御系のアクチュエータに出力する第２の操作量出力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】
【００１４】
本発明によれば、第１の制御演算手段によって算出された第１の操作量を合成し、望ましい平衡点を示す操作量設定値と合成後の第２の操作量に基づいて第３の操作量を算出して副制御系のアクチュエータに出力することにより、平衡点を望ましい値に調整することができ、省エネルギーを実現することができる。本発明では、加熱の冷却のマルチループ制御系に限らず、他のマルチループ制御系にも適用することができる。
【００１５】
また、本発明では、第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである積分時間を、全ての第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値とすることにより、安定した主制御系からの操作量の選択・組合せで動作させることができる。
【００１６】
また、本発明では、第２の制御演算手段に予め設定されているＰＩＤパラメータである微分時間を、全ての第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値とすることにより、安定した主制御系からの操作量の選択・組合せで動作させることができる。
【００１７】
また、本発明では、第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである積分時間を、全ての第１の制御演算手段に予め設定されている積分時間以上の値に制限する積分時間リミッタを設けることにより、安定した主制御系からの操作量の選択・組合せで動作させることができる。
【００１８】
また、本発明では、第２の制御演算手段に設定されるＰＩＤパラメータである微分時間を、全ての第１の制御演算手段に予め設定されている微分時間以下の値に制限する微分時間リミッタを設けることにより、安定した主制御系からの操作量の選択・組合せで動作させることができる。
【００１９】
また、本発明では、複数の第１の制御演算手段によって算出された複数の第１の操作量を小さい順あるいは大きい順に並び替え、整列手段によって並び替えられた複数の第１の操作量に対して加重演算を行なうことにより、主制御系からの操作量を優先順位に応じて合成することができる。
【００２０】
また、本発明では、合成手段が行なう加重演算の加重を、第１の操作量の数値に連動する可変的な加重とすることにより、状況対応的な合成処理を行なうことができる。
【００２１】
また、本発明では、平衡点に直接影響する状態量を監視し、第３の操作量の操作に制限を与える管理手段を設けることにより、状態量が下限値を下回ったり上限値を上回ったりしないように第３の操作量を制限することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る協調動作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系のブロック線図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る協調動作装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】通常の制御装置の動作例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る協調動作装置の動作例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第４の実施の形態に係るセントラル空調システムの構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態に係るビルマル空調システムの構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の制御装置を加熱処理炉の温度制御に適用した例を示す図である。
【図１１】従来の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】加熱複数系統、冷却１系統の組合せを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［発明の原理１］
複数の主制御系において、それらの調整されるべき平衡点が共通している対象を想定して、まず複数の主制御系の操作量をセレクタにより合成し、その後に特許文献１に開示された処理（操作量の調整）を適用することを、基本原理とする。この基本原理によれば、複数の主制御系の平衡点が共通していることを利用して、全体の演算量を少なくすることができる。操作量を調整する制御演算部は１個である。基本原理によれば、平衡点条件の優先度の高い操作量を選択するセレクタを備えることで、安定した主制御系からの操作量の選択方法・組合せ方法を決定する操作になるので、扱いやすい。そして、優先度の高いものに対応できるのであれば、実用価値の高いマルチループ制御系適用方法になる。
【００２４】
［発明の原理２］
制御演算としてＰＩＤ制御演算を採用し、そのＰＩＤパラメータの設定状態を規定したり、ＰＩＤパラメータの設定状態をリミッタで制限したりすることで、安定した主制御系からの操作量の選択・組合せで動作させることが、より確実に実現できるようになる。例えば、複数の全ての主制御系のＰＩＤパラメータに対し、操作量を調整する副制御系のＰＩＤパラメータが、特定の大小関係で設定された状態になるようにすればよい。あるいは、このような設定状態になるリミッタを備えていてもよい。
【００２５】
［発明の原理３］
主制御系からの操作量を優先順位に応じてセレクタで合成する場合、予め優先順位が決まっているケースよりも、セレクタへの入力値の大小関係で、優先順位が決まるケースが多い。例えば、単純に操作量の最小値や最大値を選択するというケースがある。特に複数の主制御系の中で、最も不利な制御状態にあるものを優先すべきであり、そのような主制御系の操作量は最小値か最大値を示すことになる。つまり、複数の主制御系からの操作量のうち最小値か最大値を選択するのが極めて合理的である。したがって、主制御系からの操作量を大小関係順で並び替えた後に、操作量を加重演算などで合成するセレクタを備えることが好ましい。このような状況対応的な動作をするセレクタにより、操作量の現実的な優先順位決定ができる。
【００２６】
なお、操作量の並び替えにより、セレクタからの出力値の変化率が不連続になる。セレクタの後段で、操作量を調整する制御演算を実行するので、制御演算の出力のバンプを抑制する構成を備えるのが好ましい。
【００２７】
［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。本実施の形態は、上記発明の原理１、発明の原理２、発明の原理３に対応するものである。図１は本実施の形態に係る制御装置である協調動作装置の構成を示すブロック図、図２は本実施の形態に係る制御系のブロック線図である。協調動作装置は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の主制御部１−１〜１−ｎと、セレクタ２と、操作量調整制御部３とから構成される。
【００２８】
各主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、それぞれ設定値ＳＰ＿Ａｉを入力する設定値入力部１０−ｉと、制御量ＰＶ＿Ａｉを入力する制御量入力部１１−ｉと、設定値ＳＰ＿Ａｉと制御量ＰＶ＿Ａｉに基づいて操作量ＭＶ＿Ａｉ（第１の操作量）を算出する制御演算部１２−ｉ（第１の制御演算手段）と、操作量ＭＶ＿Ａｉを対応する主制御系のアクチュエータに出力する操作量出力部１３−ｉ（第１の操作量出力手段）とを備えている。
【００２９】
セレクタ２は、主制御部１−ｉ毎に設けられた操作量取得部２０−ｉと、ｎ個の操作量ＭＶ＿Ａｉを小さい順あるいは大きい順に並び替える整列部２１と、整列部２１によって並び替えられた操作量ＭＶ＿Ａｉに対して加重演算を行なうことにより操作量ＭＶ＿Ａｉを合成する合成部２２と、合成部２２による合成操作量ＭＶ＿ＡＳ（第２の操作量）を操作量調整制御部３に出力する合成操作量出力部２３とを備えている。
【００３０】
操作量調整制御部３は、主制御の整定状態での望ましい操作量出力である平衡点を示す操作量設定値ＳＰ＿ＢＳを入力する操作量設定値入力部３０と、セレクタ２から出力された合成操作量ＭＶ＿ＡＳを取得する合成操作量取得部３１と、操作量設定値ＳＰ＿ＢＳと合成操作量ＭＶ＿ＡＳに基づいて調整操作量ＭＶ＿ＢＳ（第３の操作量）を算出する調整制御演算部３２（第２の制御演算手段）と、調整制御演算部３２による調整操作量ＭＶ＿ＢＳを副制御系のアクチュエータに出力する調整操作量出力部３３（第２の操作量出力手段）と、調整制御演算部３２に設定されるＰＩＤパラメータである積分時間ＴＩ＿Ｂを、全ての制御演算部１２−ｉに予め設定されているＰＩＤパラメータである積分時間ＴＩ＿Ａｉ以上の値に制限する積分時間リミッタ３４と、調整制御演算部３２に設定されるＰＩＤパラメータである微分時間ＴＤ＿Ｂを、全ての制御演算部１２−ｉに予め設定されているＰＩＤパラメータである微分時間ＴＤ＿Ａｉ以下の値に制限する微分時間リミッタ３５とを備えている。
【００３１】
図２はｎ＝４の場合の制御系の構成を示している。図２における４−１〜４−４は主制御系のアクチュエータ、５は副制御系のアクチュエータ、６−１〜６−４は制御対象である。主制御部１−１とアクチュエータ４−１と制御対象６−１とが第１の主制御系を構成し、主制御部１−２とアクチュエータ４−２と制御対象６−２とが第２の主制御系を構成し、主制御部１−３とアクチュエータ４−３と制御対象６−３とが第３の主制御系を構成し、主制御部１−４とアクチュエータ４−４と制御対象６−４とが第４の主制御系を構成している。また、操作量調整制御部３とアクチュエータ５とが副制御系を構成している。
【００３２】
以下、本実施の形態の協調動作装置の動作を図３を参照して説明する。各主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）の設定値ＳＰ＿Ａｉは、オペレータなどによって設定され、設定値入力部１０−ｉを介して制御演算部１２−ｉに入力される（図３ステップＳ１００）。
各主制御部１−ｉの制御量ＰＶ＿Ａｉは、センサなど（図１２の例では温度センサ１０３−１〜１０３−４）によって計測され、制御量入力部１１−ｉを介して制御演算部１２−ｉに入力される（図３ステップＳ１０１）。
【００３３】
各主制御部１−ｉの制御演算部１２−ｉは、設定値ＳＰ＿Ａｉと制御量ＰＶ＿Ａｉ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＿Ａｉを算出する（図３ステップＳ１０２）。
ＭＶ＿Ａｉ＝（１００／ＰＢ＿Ａｉ）｛１＋（１／ＴＩ＿Ａｉｓ）＋ＴＤ＿Ａｉｓ｝
×（ＳＰ＿Ａｉ−ＰＶ＿Ａｉ）                        ・・・（１）
式（１）において、ＰＢ＿Ａｉは比例帯、ＴＩ＿Ａｉは積分時間、ＴＤ＿Ａｉは微分時間、ｓはラプラス演算子である。
【００３４】
各主制御部１−ｉの操作量出力部１３−ｉは、制御演算部１２−ｉによって算出された操作量ＭＶ＿Ａｉを対応する主制御系のアクチュエータ４−ｉに出力する（図３ステップＳ１０３）。設定値入力部１０−ｉと制御量入力部１１−ｉと制御演算部１２−ｉと操作量出力部１３−ｉとは主制御部１−ｉ毎に設けられているので、ステップＳ１００〜Ｓ１０３の処理は主制御部１−ｉ毎に個別に実施されることになる。
【００３５】
次に、セレクタ２の各操作量取得部２０−ｉは、それぞれ対応する主制御部１−ｉの操作量出力部１３−ｉから操作量ＭＶ＿Ａｉを取得する（図３ステップＳ１０４）。
整列部２１は、操作量ＭＶ＿Ａｉを小さい順あるいは大きい順に並び替えて、並び替え後の操作量ＭＶ＿ＡＸｊ（ｊ＝１〜ｎ）を得る（図３ステップＳ１０５）。
【００３６】
合成部２２は、整列部２１により並び替えられた操作量ＭＶ＿ＡＸｊに対して次式のような加重演算（加重平均演算）を行ない、合成操作量ＭＶ＿ＡＳを得る（図３ステップＳ１０６）。これにより、合成部２２は、実質的に操作量ＭＶ＿Ａｉを選択的に合成する。
【００３７】
【数１】
2014142865.tif 000003
【００３８】
式（２）において、αｊは予め定められた加重であり、加重αｊ（ｊ＝１〜ｎ）の合計は１．０である。例えば、整列部２１が操作量ＭＶ＿Ａｉを小さい順に並び替えたとして、最も小さい操作量ＭＶ＿ＡＸ１に対応する加重α１を１．０、その他の操作量ＭＶ＿ＡＸ２〜ＭＶ＿ＡＸｎに対応する加重α２〜αｎを０とすれば、合成部２２は最小値選択部として機能する。また、整列部２１が操作量ＭＶ＿Ａｉを大きい順に並び替えたとして、最も大きい操作量ＭＶ＿ＡＸ１に対応する加重α１を１．０、その他の操作量ＭＶ＿ＡＸ２〜ＭＶ＿ＡＸｎに対応する加重α２〜αｎを０とすれば、合成部２２は最大値選択部として機能する。
【００３９】
なお、整列部２１による処理は必須ではない。操作量ＭＶ＿Ａｉが、例えば０％〜１００％の数値を取り得るのであれば、０％〜１９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには３．０の加重βｉ、２０．０％〜３９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには２．５の加重βｉ、４０．０％〜５９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには２．０の加重βｉ、６０．０％〜７９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには１．５の加重βｉ、８０．０％〜１００．０％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには１．０の加重βｉというように、操作量ＭＶ＿Ａｉの値に連動する可変的な加重βｉを与えて、操作量ＭＶ＿Ａｉの加重平均を算出するようにしてもよい。この場合の合成部２２の演算式は以下のようになる。なお、加重βｉ（ｉ＝１〜ｎ）の合計は１．０とは限らない。
【００４０】
【数２】
2014142865.tif 000004
【００４１】
合成操作量出力部２３は、合成部２２によって算出された合成操作量ＭＶ＿ＡＳを操作量調整制御部３に出力する（図３ステップＳ１０７）。
次に、操作量調整制御部３の積分時間リミッタ３４は、調整制御演算部３２に設定されている積分時間ＴＩ＿Ｂを、複数ある全ての制御演算部１２−ｉに設定されている積分時間ＴＩ＿Ａｉと比較し（図３ステップＳ１０８）、積分時間ＴＩ＿Ｂが複数の積分時間ＴＩ＿Ａｉよりも小さい値の場合は（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、次式のように積分時間ＴＩ＿Ｂを積分時間ＴＩ＿Ａｉのうちの最大値ＴＩ＿Ａｍａｘに置換する（図３ステップＳ１０９）。
ＩＦ  ＴＩ＿Ｂ＜ＴＩ＿Ａｉ  ＴＨＥＮ  ＴＩ＿Ｂ＝ＴＩ＿Ａｍａｘ    ・・（４）
【００４２】
すなわち、積分時間ＴＩ＿Ｂは、全ての積分時間ＴＩ＿Ａｉ以上の値に規定されることになる。このような積分時間ＴＩ＿Ｂのリミット処理により、主制御系と副制御系の協調動作は、安定的な制御系として動作しやすくなるように規定される。
【００４３】
一方、微分時間リミッタ３５は、調整制御演算部３２に設定されている微分時間ＴＤ＿Ｂを、複数ある全ての制御演算部１２−ｉに設定されている微分時間ＴＤ＿Ａｉと比較し（図３ステップＳ１１０）、微分時間ＴＤ＿Ｂが複数の微分時間ＴＤ＿Ａｉよりも大きい値の場合は（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、次式のように微分時間ＴＤ＿Ｂを微分時間ＴＤ＿Ａｉのうちの最小値ＴＤ＿Ａｍｉｎに置換する（図３ステップＳ１１１）。
ＩＦ  ＴＤ＿Ｂ＞ＴＤ＿Ａｉ  ＴＨＥＮ  ＴＤ＿Ｂ＝ＴＤ＿Ａｍｉｎ    ・・（５）
【００４４】
すなわち、微分時間ＴＤ＿Ｂは、全ての微分時間ＴＤ＿Ａｉ以下の値に規定されることになる。このような微分時間ＴＤ＿Ｂのリミット処理により、主制御系と副制御系の協調動作は、安定的な制御系として動作しやすくなるように規定される。
【００４５】
次に、調整されるべき平衡点を示す操作量設定値ＳＰ＿ＢＳは、オペレータなどによって設定され、操作量設定値入力部３０を介して調整制御演算部３２に入力される（図３ステップＳ１１２）。平衡点は、主制御の整定状態での望ましい操作量出力であり、エネルギー効率等を考慮して予め決定されている。なお、本実施の形態では、上記のとおり、複数の主制御系の平衡点が共通であることを想定している。
合成操作量取得部３１は、セレクタ２から合成操作量ＭＶ＿ＡＳを取得する（図３ステップＳ１１３）。
【００４６】
続いて、調整制御演算部３２は、操作量設定値ＳＰ＿ＢＳと合成操作量ＭＶ＿ＡＳに基づいて、以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って調整操作量ＭＶ＿ＢＳを算出する（図３ステップＳ１１４）。
ＭＶ＿ＢＳ＝（１００／ＰＢ＿Ｂ）｛１＋（１／ＴＩ＿Ｂｓ）＋ＴＤ＿Ｂｓ｝
×（ＳＰ＿ＢＳ−ＭＶ＿ＡＳ）                        ・・・（６）
式（６）において、ＰＢ＿Ｂは比例帯、ＴＩ＿Ｂは積分時間、ＴＤ＿Ｂは微分時間、ｓはラプラス演算子である。なお、式（６）では、積分演算の部分と微分演算の部分は制御の動特性を演算している部分に該当し、積分時間ＴＩ＿Ｂと微分時間ＴＤ＿Ｂにより、動特性を調整可能になる。
【００４７】
調整操作量出力部３３は、調整制御演算部３２によって算出された調整操作量ＭＶ＿ＢＳを対応する副制御系のアクチュエータ５に出力する（図３ステップＳ１１５）。
以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１１５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３ステップＳ１１６においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００４８】
次に、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）、図５（Ａ）〜図５（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、主制御系の数をｎ＝４とし、図１２に示したように加熱のための４個の主制御系と平衡点を調整するための１個の副制御系である冷却制御系とを想定し、加熱処理炉内の４個のゾーンの温度を１００℃から２００℃へ昇温する場合の数値をシミュレーションにより求めた。
【００４９】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は図１に示した構成において調整操作量ＭＶ＿ＢＳを固定した場合の動作を示しており、通常の制御装置に相当する動作を示している。図４（Ａ）は設定値ＳＰ＿Ａ１〜ＳＰ＿Ａ４＝２００℃のステップ入力が加わったときの温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）の変化を示し、図４（Ｂ）はこのステップ入力時に主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４の変化を示し、図４（Ｃ）は調整操作量ＭＶ＿ＢＳを示している。
【００５０】
調整操作量ＭＶ＿ＢＳの値は、加熱処理炉の温度を昇温前の１００℃に維持する際に操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４の最小値が整定時に約２５％を維持できるようにするため、ＭＶ＿ＢＳ＝３０．０％としている。調整操作量ＭＶ＿ＢＳが固定されているので、２００℃に昇温した後では操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が全体的に高くなり、最小の操作量ＭＶ＿Ａ４が整定時に約２５％を大きく上回っている。すなわち、エネルギー的には効率の悪い状態が継続している。
【００５１】
図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は本実施の形態の協調動作装置の動作を示しており、図５（Ａ）は設定値ＳＰ＿Ａ１〜ＳＰ＿Ａ４＝２００℃のステップ入力が加わったときの温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）の変化を示し、図５（Ｂ）はこのステップ入力時に主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４の変化を示し、図５（Ｃ）は操作量調整制御部３から出力される調整操作量ＭＶ＿ＢＳの変化を示している。
【００５２】
操作量設定値ＳＰ＿ＢＳの値は、操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４の最小値が整定時に約２５％を維持できるようにするために、ＳＰ＿ＢＳ＝２５．０％としている。セレクタ２については、最小値選択部として機能するように設定した。本実施の形態により、調整操作量ＭＶ＿ＢＳが可変になり、加熱処理炉の温度を２００℃に昇温した後でも操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が図４（Ｂ）の場合と比較して全体的に低くなり、最小の操作量ＭＶ＿Ａ４が整定時に約２５％を維持できていることが分かる。すなわち、エネルギー的には効率の良い状態が継続している。また、昇温時には調整操作量ＭＶ＿ＢＳがほとんどの時間帯において０％であり、副制御系の冷却器が動作していないことになるので、昇温動作自体もエネルギー的に効率が良いことが分かる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態では、主制御部１−１〜１−ｎによって算出された操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を合成し、望ましい平衡点を示す操作量設定値ＳＰ＿ＢＳと合成操作量ＭＶ＿ＡＳに基づいて調整操作量ＭＶ＿ＢＳを算出して副制御系のアクチュエータに出力することにより、平衡点を望ましい値に調整することができ、省エネルギーを実現することができる。本実施の形態では、加熱の冷却のマルチループ制御系に限らず、他のマルチループ制御系にも適用することができる。
【００５４】
［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６は本実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、４個の主制御系である加熱制御系と１個の副制御系である冷却制御系とで構成される加熱装置に第１の実施の形態の協調動作装置を適用した例を示すものである。トンネル型リフロー炉２００には、加熱したいゾーン２０５−１〜２０５−４が４個あって、ゾーン２０５−１〜２０５−４毎にヒータ２０１−１〜２０１−４が設けられ、さらにリフロー炉２００内の空気を冷却する１個の冷却器２０２（冷却アクチュエータ）が設けられている。ヒータ２０１−１〜２０１−４は、ＳＳＲ（Solidstate Relay）２０４−１〜２０４−４と共に主制御系の加熱アクチュエータを構成している。
【００５５】
主制御部１−１〜１−４は、リフロー炉２００内の循環空気を加熱して温度制御を行なう。リフロー炉２００内の各ゾーン２０５−１〜２０５−４の温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）は、温度センサ２０３−１〜２０３−４によって個別に計測される。ＳＳＲ２０４−１〜２０４−４は、主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４に応じてヒータ２０１−１〜２０１−４に供給する電力を調整する。循環空気は、各ゾーン２０５−１〜２０５−４を通過した後に４ゾーン共通の循環経路に収集され、ウォータージャケット等からなる冷却器２０２で冷却された後に、各ゾーン２０５−１〜２０５−４に供給される。主制御系での制御可能な最低必要な操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が、操作量設定値ＳＰ＿ＢＳ、すなわち調整対象の平衡点になる。操作量設定値ＳＰ＿ＢＳは例えば２０％である。
【００５６】
主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を増加させるためには冷却器２０２に供給する調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させる必要があり、逆に主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を減少させるためには冷却器２０２に供給する調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させる必要がある。したがって、操作量調整制御部３の調整制御演算部３２には、逆動作の制御演算が適用される。
【００５７】
４個の主制御系の中で、最も不利な制御状態にあるものは、操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が最小値を示すものである。よって、セレクタ２は、４個の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４のうちの最小値を選択して合成操作量ＭＶ＿ＡＳとして出力すればよい。ただし、制御性能の必要性に応じて、加重αｊ，βｉを適宜調整してもよい。
【００５８】
操作量調整制御部３の調整制御演算部３２に設定される積分時間ＴＩ＿Ｂは、４個の主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜４）の制御演算部１２−ｉに設定される積分時間ＴＩ＿Ａｉのうちの最大値ＴＩ＿Ａｍａｘ以上に設定される。また、調整制御演算部３２に設定される微分時間ＴＤ＿Ｂは、主制御部１−ｉの制御演算部１２−ｉに設定される微分時間ＴＤ＿Ａｉのうちの最小値ＴＤ＿Ａｍｉｎ以下に設定される。
【００５９】
例えば、制御演算部１２−ｉに設定される積分時間ＴＩ＿Ａｉを、ＴＩ＿Ａ１＝４０．０ｓｅｃ．、ＴＩ＿Ａ２＝４４．０ｓｅｃ．、ＴＩ＿Ａ３＝４８．０ｓｅｃ．、ＴＩ＿Ａ４＝５２．０ｓｅｃ．とし、制御演算部１２−ｉに設定される微分時間ＴＤ＿Ａｉを、ＴＤ＿Ａ１＝１０．０ｓｅｃ．、ＴＤ＿Ａ２＝１１．０ｓｅｃ．、ＴＤ＿Ａ３＝１２．０ｓｅｃ．、ＴＤ＿Ａ４＝１３．０ｓｅｃ．とする。この場合、調整制御演算部３２に設定される積分時間はＴＩ＿Ｂ≧５２．０ｓｅｃ．となり、調整制御演算部３２に設定される微分時間はＴＤ＿Ｂ≦１０．０ｓｅｃ．となる。
【００６０】
なお、本実施の形態の協調動作装置の場合、平衡点に直接影響する状態量である冷却器出口の循環空気温度が、監視され管理されるように、管理部（不図示）を備える構成にするのが好ましい。具体的には、管理部は、冷却器出口の循環空気温度が所定の下限値以下になり過剰な冷却状態になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させないように制限し、逆に、冷却器出口の循環空気温度が所定の上限値以上になり不十分な冷却状態になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させないように制限する。すなわち、管理部は、冷却器出口の循環空気温度が下限値を下回ったり上限値を上回ったりしないように調整操作量ＭＶ＿ＢＳを制限する。
【００６１】
［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７は本実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、４個の主制御系である加熱制御系と１個の副制御系である加熱制御系とで構成される加熱装置に第１の実施の形態の協調動作装置を適用した例を示すものである。均熱ホットプレート３００には、加熱したい均熱対象ゾーン３０５−１〜３０５−４が４個あり、さらに均熱補助のための周囲ゾーン３０５−５があって、ゾーン３０５−１〜３０５−４毎に埋め込み式のヒータ３０１−１〜３０１−４が設けられ、周囲ゾーン３０５−５に埋め込み式のヒータ３０１−５が設けられている。ヒータ３０１−１〜３０１−４は、ＳＳＲ３０４−１〜３０４−４と共に主制御系の加熱アクチュエータを構成し、ヒータ３０１−５は、ＳＳＲ３０４−５と共に副制御系の加熱アクチュエータを構成している。
【００６２】
主制御部１−１〜１−４は、ゾーン３０５−１〜３０５−４を加熱して温度制御を行なう。各ゾーン３０５−１〜３０５−４の温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）は、温度センサ３０３−１〜３０３−４によって個別に計測される。ＳＳＲ３０４−１〜３０４−４は、主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４に応じてヒータ３０１−１〜３０１−４に供給する電力を調整する。また、周囲ゾーン３０５−５もゾーン３０５−１〜３０５−４と同様に加熱される。ＳＳＲ３０４−５は、操作量調整制御部３から出力される調整操作量ＭＶ＿ＢＳに応じてヒータ３０１−５に供給する電力を調整する。主制御系での制御可能な最低必要な操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が、操作量設定値ＳＰ＿ＢＳ、すなわち調整対象の平衡点になる。操作量設定値ＳＰ＿ＢＳは例えば２０％である。
【００６３】
主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を増加させるためには周囲ゾーン３０５−５の調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させる必要があり、逆に主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を減少させるためには周囲ゾーン３０５−５の調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させる必要がある。したがって、操作量調整制御部３の調整制御演算部３２には、正動作の制御演算が適用される。
【００６４】
４個の主制御系の中で、最も不利な制御状態にあるものは、操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が最小値を示すものである。よって、セレクタ２は、４個の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４のうちの最小値を選択して合成操作量ＭＶ＿ＡＳとして出力すればよい。ただし、制御性能の必要性に応じて、加重αｊ，βｉを適宜調整してもよい。
【００６５】
操作量調整制御部３の調整制御演算部３２に設定される積分時間ＴＩ＿Ｂは、４個の主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜４）の制御演算部１２−ｉに設定される積分時間ＴＩ＿Ａｉのうちの最大値ＴＩ＿Ａｍａｘ以上に設定される。また、調整制御演算部３２に設定される微分時間ＴＤ＿Ｂは、主制御部１−ｉの制御演算部１２−ｉに設定される微分時間ＴＤ＿Ａｉのうちの最小値ＴＤ＿Ａｍｉｎ以下に設定される。
【００６６】
なお、本実施の形態の協調動作装置の場合、平衡点に直接影響する状態量である周囲ゾーン３０５−５の温度が、監視され管理されるように、管理部（不図示）を備える構成にするのが好ましい。具体的には、管理部は、周囲ゾーン３０５−５の温度が所定の上限値以上になり過剰な加熱状態になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させないように制限し、逆に、周囲ゾーン３０５−５の温度が所定の下限値以下になり不十分な加熱状態になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させないように制限する。すなわち、管理部は、周囲ゾーン３０５−５の温度が上限値を上回ったり下限値を下回ったりしないように調整操作量ＭＶ＿ＢＳを制限する。
【００６７】
［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。図８は本実施の形態に係るセントラル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、４個の主制御系である給気風量制御系と１個の副制御系である給気温度制御系とで構成されるセントラル空調システムに第１の実施の形態の協調動作装置を適用した例を示すものである。部屋４００には、温度制御したいゾーン４０５−１〜４０５−４が４個あり、ゾーン４０５−１〜４０５−４毎に給気ダンパ４０２−１〜４０２−４（給気風量アクチュエータ）が設けられている。空調機４０１は、副制御系の給気温度アクチュエータを構成している。
【００６８】
主制御部１−１〜１−４は、各ゾーン４０５−１〜４０５−４に対して給気風量による室内温度制御を行なう。各ゾーン４０５−１〜４０５−４の温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）は、温度センサ４０３−１〜４０３−４によって個別に計測される。４ゾーン共通の空調機４０１は、冷房の場合は指定された温度に給気を冷却し、暖房の場合は指定された温度に給気を加熱する。以下では、冷房の場合についてのみ説明する。
【００６９】
空調機４０１から送り出された給気は、ダクト４０６を通って吹出口４０７−１〜４０７−４から各ゾーン４０５−１〜４０５−４に供給される。給気温度は、給気温度センサ４０４によって計測される。給気ダンパ４０２−１〜４０２−４は、主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４に応じて、各ゾーン４０５−１〜４０５−４に供給される給気の風量を調節する。空調機４０１は、操作量調整制御部３から出力される調整操作量ＭＶ＿ＢＳに応じて、空調機内部の熱交換機を流れる熱媒の量を調節することにより、給気温度を調節する。部屋４００から戻される還気は、ダクト４０８および還気ダンパ４０９を通り、取入口４１０から導入された外気と混合されて空調機４０１に戻される。主制御系での制御可能な最低必要な操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４（風量）が、操作量設定値ＳＰ＿ＢＳ、すなわち調整対象の平衡点になる。操作量設定値ＳＰ＿ＢＳは例えば１０ｍｍ3／ｍｉｎ．である。
【００７０】
主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を増加させるためには調整操作量ＭＶ＿ＢＳである給気温度を上昇させる必要があり、逆に主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を減少させるためには調整操作量ＭＶ＿ＢＳである給気温度を下降させる必要がある。したがって、操作量調整制御部３の調整制御演算部３２には、逆動作の制御演算が適用される。一般的には、風量を少なくすれば、搬送動力を小さくすることができるので、省エネルギーに繋がることが知られている。
【００７１】
４個の主制御系の中で、最も不利な制御状態にあるものは、操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が最小値を示すものである。よって、セレクタ２は、４個の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４のうちの最小値を選択して合成操作量ＭＶ＿ＡＳとして出力すればよい。ただし、制御性能の必要性に応じて、加重αｊ，βｉを適宜調整してもよい。
【００７２】
空調の場合、各ゾーン４０５−１〜４０５−４に存在する人やコンピュータのような発熱物、あるいは各ゾーン４０５−１〜４０５−４における窓の有無のような放熱条件が異なり、結果的に操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が、ゾーン間で大きく異なる数値になる可能性が高い。ゆえに、操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４の最小値に加重を集中させるのではなく、操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４の数値に連動して、式（３）に示した加重βｉを変えた方が好ましいこともある。具体的には、操作量ＭＶ＿Ａｉ（ｉ＝１〜４）が、例えば０％〜１００％の数値を取り得るのであれば、０％〜１９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには３．０の加重βｉ、２０．０％〜３９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには２．５の加重βｉ、４０．０％〜５９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには２．０の加重βｉ、６０．０％〜７９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには１．５の加重βｉ、８０．０％〜１００．０％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには１．０の加重βｉというような値にすればよい。
【００７３】
操作量調整制御部３の調整制御演算部３２に設定される積分時間ＴＩ＿Ｂは、４個の主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜４）の制御演算部１２−ｉに設定される積分時間ＴＩ＿Ａｉのうちの最大値ＴＩ＿Ａｍａｘ以上に設定される。また、調整制御演算部３２に設定される微分時間ＴＤ＿Ｂは、主制御部１−ｉの制御演算部１２−ｉに設定される微分時間ＴＤ＿Ａｉのうちの最小値ＴＤ＿Ａｍｉｎ以下に設定される。
【００７４】
なお、本実施の形態の協調動作装置の場合、平衡点に直接影響する状態量である給気温度を管理する管理部（不図示）を備える構成にするのが好ましい。具体的には、管理部は、給気温度が所定の上限値以上になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させないように制限し、逆に、給気温度が所定の下限値以下になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させないように制限する。すなわち、管理部は、給気温度が上限値を上回ったり下限値を下回ったりしないように調整操作量ＭＶ＿ＢＳを制限する。
【００７５】
［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。図９は本実施の形態に係るビルマル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、４個の主制御系である給気温度制御系と１個の副制御系である熱媒温度制御系とで構成されるビルマル空調システムに第１の実施の形態の協調動作装置を適用した例を示すものである。部屋５００には、温度制御したいゾーン５０４−１〜５０４−４が４個あり、ゾーン５０４−１〜５０４−４毎に空調機５０１−１〜５０１−４（給気温度アクチュエータ）が設けられている。室外機５０２は、副制御系の熱媒温度アクチュエータを構成している。
【００７６】
主制御部１−１〜１−４は、各ゾーン５０４−１〜５０４−４に対して給気温度による室内温度制御を行なう。各ゾーン５０４−１〜５０４−４の温度ＰＶ＿Ａ１〜ＰＶ＿Ａ４（制御量）は、温度センサ５０３−１〜５０３−４によって個別に計測される。４台の空調機５０１−１〜５０１−４に共通の室外機５０２は、冷房の場合は指定された温度に熱媒を冷却し、暖房の場合は指定された温度に熱媒を加熱する。以下では、冷房の場合についてのみ説明する。
【００７７】
室外機５０２は、操作量調整制御部３から出力される調整操作量ＭＶ＿ＢＳに応じて、室外機内部の熱交換機を流れる熱媒の量を調節することにより、熱媒温度を調節する。室外機５０２によって冷却された熱媒は、配管５０８を通って各空調機５０１−１〜５０１−４に供給される。使用された熱媒は、配管５０９を通って室外機５０２に戻される。空調機５０１−１〜５０１−４は、主制御部１−１〜１−４から出力される操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４に応じて、空調機内部の熱交換機を流れる熱媒の量を調節することにより、給気温度を調節する。空調機５０１−１〜５０１−４から送り出された給気は、ダクト５０５−１〜５０５−４を通って吹出口５０６−１〜５０６−４から各ゾーン５０４−１〜５０４−４に供給される。部屋５００から戻される還気は、ダクト５０７−１〜５０７−４を通って空調機５０１−１〜５０１−４に戻される。主制御系での制御可能な最低必要な操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４（熱媒バルブ開度）が、操作量設定値ＳＰ＿ＢＳ、すなわち調整対象の平衡点になる。操作量設定値ＳＰ＿ＢＳは例えば２０％である。
【００７８】
主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を増加させるためには調整操作量ＭＶ＿ＢＳである冷媒温度を上昇させる必要があり、逆に主制御系の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４を減少させるためには調整操作量ＭＶ＿ＢＳである冷媒温度を下降させる必要がある。したがって、操作量調整制御部３の調整制御演算部３２には、逆動作の制御演算が適用される。室外機５０２の種類によっては、熱媒流量を少なくすれば、搬送動力を小さくすることができるので、省エネルギーに繋げることができる。
【００７９】
４個の主制御系の中で、最も不利な制御状態にあるものは、操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が最小値を示すものである。よって、セレクタ２は、４個の操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４のうちの最小値を選択して合成操作量ＭＶ＿ＡＳとして出力すればよい。ただし、制御性能の必要性に応じて、加重αｊ，βｉを適宜調整してもよい。
【００８０】
空調の場合、各ゾーン５０４−１〜５０４−４に存在する人やコンピュータのような発熱物、あるいは各ゾーン５０４−１〜５０４−４における窓の有無のような放熱条件が異なり、結果的に操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４が、ゾーン間で大きく異なる数値になる可能性が高い。ゆえに、操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４の最小値に加重を集中させるのではなく、操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａ４の数値に連動して、式（３）に示した加重βｉを変えた方が好ましいこともある。具体的には、操作量ＭＶ＿Ａｉ（ｉ＝１〜４）が、例えば０％〜１００％の数値を取り得るのであれば、０％〜１９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには３．０の加重βｉ、２０．０％〜３９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには２．５の加重βｉ、４０．０％〜５９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには２．０の加重βｉ、６０．０％〜７９．９％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには１．５の加重βｉ、８０．０％〜１００．０％の範囲にある操作量ＭＶ＿Ａｉには１．０の加重βｉというような値にすればよい。
【００８１】
操作量調整制御部３の調整制御演算部３２に設定される積分時間ＴＩ＿Ｂは、４個の主制御部１−ｉ（ｉ＝１〜４）の制御演算部１２−ｉに設定される積分時間ＴＩ＿Ａｉのうちの最大値ＴＩ＿Ａｍａｘ以上に設定される。また、調整制御演算部３２に設定される微分時間ＴＤ＿Ｂは、主制御部１−ｉの制御演算部１２−ｉに設定される微分時間ＴＤ＿Ａｉのうちの最小値ＴＤ＿Ａｍｉｎ以下に設定される。
【００８２】
なお、ビルマル空調システムの場合、トレードオフとなる操作量の組合せは、空調機５０１−１〜５０１−４や室外機４０２が備える機能などに応じて、上記以外にも適宜設計可能である。また、本実施の形態の協調動作装置の場合、平衡点に直接影響する状態量である熱媒温度を管理する管理部（不図示）を備える構成にするのが好ましい。具体的には、管理部は、熱媒温度が所定の上限値以上になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを下降させないように制限し、逆に、熱媒温度が所定の下限値以下になる場合は、調整操作量ＭＶ＿ＢＳを上昇させないように制限する。すなわち、管理部は、熱媒温度が上限値を上回ったり下限値を下回ったりしないように調整操作量ＭＶ＿ＢＳを制限する。
【００８３】
第１〜第５の実施の形態で説明した協調動作装置は、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５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】
【００８４】
本発明は、マルチループ制御系に適用することができる。特に、本発明は、複数の主制御系において、それらの調整されるべき平衡点が共通しているものを対象とする。
【符号の説明】
【００８５】
１−１〜１−ｎ…主制御部、２…セレクタ、３…操作量調整制御部、４−１〜４−４，５…アクチュエータ、６−１〜６−４…制御対象、１０−１〜１０−ｎ…設定値入力部、１１−１〜１１−ｎ…制御量入力部、１２−１〜１２−ｎ…制御演算部、１３−１〜１３−ｎ…操作量出力部、２０−１〜２０−ｎ…操作量取得部、２１…整列部、２２…合成部、２３…合成操作量出力部、３０…操作量設定値入力部、３１…合成操作量取得部、３２…調整制御演算部、３３…調整操作量出力部、３４…積分時間リミッタ、３５…微分時間リミッタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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