(57)【要約】  ＨＶＡＣ冷却システムのための引下げ制御アルゴリズムを提供する。制御アルゴリズムは、ファジー論理方法を利用して、引下げ中に所望の引下げ速度を維持するようにシステム内部の冷媒の流れを自動的に調整する。所望の引下げ速度は、引下げられる液体の温度が所望の動作セットポイントに近づくのに正比例して低減され、動作セットポイントのオーバーシュートが回避されるか、または最小限に抑えられる。所望の引下げ速度は、制御アルゴリズムにおいて使用される速度感度係数を調整することによって得られる。引下げられる液体の温度が、動作セットポイントを所定の値だけ超えている場合、制御アルゴリズムは、ファジー論理方法を使用して、オーバーシュートなしに動作セットポイントに近づく所望の引下げ速度をもたらす速度感度を決定する。
2005514692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉じた冷却回路として接続されたアクチュエータによって調整可能な複数の入口案内羽根を有する圧縮機と、凝縮機と、蒸発器とを含む冷却システムのための温度制御システムであって、
前記蒸発器からの脱離液体温度を検出して温度信号を提供するためのセンサと、
前記蒸発器内部の前記脱離液体温度に対する引下げ動作中に所定の間隔で前記温度信号をサンプリングし、前記引下げ動作中に前記蒸発器の前記脱離液体温度に関するセットポイント温度のオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすように構成されたファジー論理制御アルゴリズムに前記温度信号を印加することによって前記アクチュエータに対する制御信号を生成するマイクロプロセッサと、
を含むシステム。
【請求項２】
前記マイクロプロセッサは、誤差信号、前記温度信号を使用する誤差変化率信号、および調整可能な速度感度信号を生成し、前記誤差信号および前記誤差変化率信号を前記ファジー論理制御アルゴリズムに印加して前記制御信号を生成する、請求項１に記載の温度制御システム。
【請求項３】
前記マイクロプロセッサは、第１の複数のメンバシップ関数のそれぞれにおける前記誤差変化率信号のメンバシップの度合いを生成し、かつ第２の複数のメンバシップ関数のそれぞれにおける前記誤差信号のメンバシップの度合いを生成する、請求項２に記載の温度制御システム。
【請求項４】
前記マイクロプロセッサは、前記誤差変化率信号の前記複数の第１のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記決定された度合い、および前記誤差信号の前記第２の複数のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記決定された度合いに対して最小ファジーＡＮＤ推論を行い、かつ前記最小ファジーＡＮＤ推論の結果に対して最大ファジーＯＲ推論を行って、前記複数の入口案内羽根を開くことに対する少なくとも１つの寄与量、および前記複数の入口案内羽根を閉じることに対する少なくとも１つの寄与量を生成する、請求項３に記載の温度制御システム。
【請求項５】
前記マイクロプロセッサは、前記複数の入口案内羽根を閉じることに対する少なくとも１つの寄与量、前記複数の入口案内羽根を開くことに対する少なくとも１つの寄与量、およびパルス係数を使用することによって前記制御信号を生成する、請求項４に記載の温度制御システム。
【請求項６】
前記マイクロプロセッサは、前記誤差信号が所定の値に達した場合にファジー論理アルゴリズムを使用して前記調整可能な速度感度信号を調整する、請求項２に記載の温度制御システム。
【請求項７】
前記マイクロプロセッサは、前記ファジー論理アルゴリズムを適用して、目標速度を使用して引下げ速度信号に関する第１のメンバシップ関数および第２のメンバシップ関数を生成し、かつ前記第１のメンバシップ関数と前記第２のメンバシップ関数の両方において前記引下げ速度信号のメンバシップの度合いを決定する、請求項６に記載の温度制御システム。
【請求項８】
前記マイクロプロセッサは、前記第１のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記度合い、前記第２のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記度合い、および基本速度感度値を使用して前記調整可能な速度感度信号を調整する、請求項７に記載の温度制御システム。
【請求項９】
前記センサは、前記蒸発器からの前記脱離液体温度に正比例する抵抗を提供するサーミスタを含む、請求項１に記載の温度制御システム。
【請求項１０】
前記サーミスタからの前記抵抗を電圧信号に変換するための手段と、
変換するための前記手段から前記電圧信号を受け取り、前記電圧信号をデジタル語に変換するアナログ−デジタル変換器とをさらに含む、請求項９に記載の温度制御システム。
【請求項１１】
前記マイクロプロセッサは、前記アナログ−デジタル変換器から前記デジタル語を受け取り、前記デジタル語を前記温度信号に変換する、請求項１０に記載の温度制御システム。
【請求項１２】
前記マイクロプロセッサから前記制御信号を受け取り、前記制御信号を前記アクチュエータに通信して前記複数の入口案内羽根の位置付けを行うようにするインターフェースをさらに含む、請求項１に記載の温度制御システム。
【請求項１３】
冷却システム内部の２次冷媒の温度を所定のセットポイント温度に調整する動作中に前記冷却システム内部の冷媒の流れを制御する方法であって、
前記冷却システム内部の前記２次冷媒に関する温度信号を生成するステップと、
前記温度信号を使用して誤差信号を生成するステップと、
前記誤差信号を使用して速度信号を生成するステップと、
前記誤差信号および前記速度信号に応答してファジー論理推論を使用して、前記冷却システム内部の冷媒の前記流れを制御する制御信号を生成するステップと、
前記制御信号に応答して前記冷却システム内部の冷媒の前記流れを制御して、前記所定のセットポイント温度のオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすように前記冷却システム内部の前記２次冷媒の前記温度を調整するステップと、
を含む方法。
【請求項１４】
温度信号を生成する前記ステップ、誤差信号を生成する前記ステップ、速度信号を生成する前記ステップ、制御信号を生成する前記ステップ、および冷媒の前記流れを制御する前記ステップを前記２次冷媒の前記温度がほぼ前記所定のセットポイント温度に調整されるまで繰り返すステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
繰り返す前記ステップが、温度信号を生成する前記ステップ、誤差信号を生成する前記ステップ、速度信号を生成する前記ステップ、制御信号を生成する前記ステップ、および冷媒の前記流れを制御する前記ステップを前記２次冷媒の前記温度がほぼ前記所定のセットポイント温度に調整されるまで所定の時間間隔で繰り返すステップをさらに含む、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記語差信号が所定の値に達したことに応答してファジー論理推論を使用して速度感度信号を計算するステップをさらに含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記速度感度信号を計算する前記ステップは、
前記語差信号を最小誤差しきい値および最大誤差しきい値と比較するステップと、
前記誤差信号の前記比較に応答して前記２次冷媒の前記温度の調整に関する目標速度を決定するステップと、
前記目標速度に応答して引下げ速度信号に関する第１のメンバシップ関数および第２のメンバシップ関数を生成するステップと、
前記第１のメンバシップ関数と前記第２のメンバシップ関数の両方に関して、前記引下げ速度信号に応答してメンバシップ信号の度合いを生成するステップと、
前記第１のメンバシップ関数と前記第２のメンバシップ関数の両方からのメンバシップ信号の前記度合いに応答して前記速度感度信号を計算するステップとをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記速度感度信号を計算する前記ステップは、
前記第１のメンバシップ関数に関するメンバシップ信号の前記度合いに第１のスケーリング係数を掛けることによって第１のスケール変更された信号を生成するステップと、
前記第２のメンバシップ関数に関するメンバシップ信号の前記度合いに第２のスケーリング係数を掛けることによって第２のスケール変更された信号を生成するステップと、
基本速度感度と、前記第１のスケール変更された信号と前記第２のスケール変更された信号の差の合計から前記速度感度信号を生成するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記誤差信号および前記速度感度信号を使用して誤差変化率信号を生成するステップをさらに含む方法であって、
制御信号を生成する前記ステップは、前記誤差信号および前記誤差変化率信号に応答してファジー論理推論を使用して、前記冷却システム内部の冷媒の前記流れを制御する制御信号を生成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記語差信号および前記誤差変化率信号に応答してファジー論理推論を使用して制御信号を生成する前記ステップは、
前記誤差信号の少なくとも１つのメンバシップ関数に関するメンバシップ信号の少なくとも１つの度合いを生成するステップと、
前記誤差変化率信号の少なくとも１つのメンバシップ関数に関するメンバシップ信号の少なくとも１つの度合いを生成するステップとをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記語差信号および前記誤差変化率信号に応答してファジー論理推論を使用して制御信号を生成する前記ステップは、
前記少なくとも１つの誤差信号メンバシップ関数に関するメンバシップ信号の前記少なくとも１つの度合い、および前記少なくとも１つの誤差変化率信号メンバシップ関数に関するメンバシップ信号の前記少なくとも１つの度合いに関して最小ファジーＡＮＤ推論を行うステップと、
最大ファジーＯＲ推論を行って、前記冷却システム内部の冷媒の流れを増大させることに寄与する少なくとも１つの出力メンバシップ関数に関する最大値を有する少なくとも１つの第１の出力信号を生成し、また前記冷却システム内部の冷媒の流れを低減することに寄与する少なくとも１つの出力メンバシップ関数に関する最大値を有する少なくとも１つの第２の出力信号を生成するステップとをさらに含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記語差信号および前記誤差変化率信号に応答してファジー論理推論を使用して制御信号を生成する前記ステップは、
前記少なくとも１つの第１の出力信号に対応するスケーリング係数を掛けるステップと、
前記少なくとも１つの第２の信号に対応するスケーリング係数を掛けるステップと、
前記スケール変更された少なくとも１つの第２の出力信号を前記スケール変更された少なくとも１つの第１の出力信号から引いて寄与量信号を生成するステップと、
をさらに含む請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記誤差信号および前記誤差変化率信号に応答してファジー論理推論を使用して制御信号を生成する前記ステップは、前記寄与量信号にパルス係数を掛けて前記制御信号を生成するステップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
冷媒の前記流れを制御する前記ステップは、
正の制御信号に応答して前記冷却システム内部の冷媒の前記流れを増大させるステップと、
負の制御信号に応答して前記冷却システム内部の冷媒の前記流れを低減するステップとをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２５】
蒸発器からの脱離水の温度を所定のセットポイント温度に調整するようにする引下げ動作中に前記蒸発器からの冷媒の流れを制御するための複数の羽根のアクチュエータに対する制御信号を計算する方法であって、
前記蒸発器からの前記脱離水の温度を所定の間隔で測定するステップと、
前記測定された温度と前記所定のセットポイント温度の差から誤差値を計算するステップと、
前記誤差値と前の間隔からの前に計算された誤差値の差から引下げ速度値を計算するステップと、
前記誤差値、前記引下げ速度値、および調整可能な速度感度値に応答してファジー論理制御アルゴリズムを使用して各所定の間隔で制御信号を生成するステップとを含み、
前記制御信号が、前記アクチュエータに伝送されたとき、前記アクチュエータが、前記蒸発器からの前記脱離水の前記温度を前記所定のセットポイント温度に調整している最中に、前記所定のセットポイント温度のオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすように前記蒸発器からの冷媒の流れを制御するように前記複数の羽根の位置付けを行うように動作させる、方法。
【請求項２６】
ファジー論理アルゴリズムを使用して前記調整可能な速度感度値を計算するステップをさらに含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記調整可能な速度感度値を計算する前記ステップは、前記蒸発器からの前記脱離水の前記温度を前記所定のセットポイント温度に調整することに関する目標速度を決定するステップをさらに含み、前記目標速度は、前記誤差値が第１のしきい値温度に等しいか、または前記第１のしきい値温度より大きい場合、第１の所定の値を有し、前記誤差値が第２のしきい値温度に等しいか、または前記第２のしきい値温度より小さい場合、第２の所定の値を有し、前記誤差値が前記第１のしきい値温度と前記第２のしきい値温度の中間にある場合、第３の調整可能な値を有する、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記調整可能な速度感度値を計算する前記ステップは、
前記目標速度を使用して前記引下げ速度値に関する第１のメンバシップ関数および第２のメンバシップ関数を生成し、前記目標速度が、前記第１のメンバシップ関数と前記第２のメンバシップ関数の両方に関して０のメンバシップの度合いをもたらすポイントを定義し、前記第１のメンバシップ関数が、前記速度感度値を増加させることに対する寄与量を定義し、前記第２のメンバシップ関数が、前記速度感度値を低下させることに対する寄与量を定義するステップと、
前記第１のメンバシップ関数と前記第２のメンバシップ関数の両方における前記引下げ速度値のメンバシップの度合いを決定するステップとをさらに含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記調整可能な速度感度値を計算する前記ステップは、
前記第１のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記度合いに第１のスケーリング係数を掛けるステップと、
前記第２のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記度合いに第２のスケーリング係数を掛けるステップと、
前記第２のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記スケール変更された度合いを前記第１のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記スケール変更された度合いから引いて、その差を基本速度感度値に足すことによって前記調整可能な速度感度値を計算するステップとをさらに含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記引下げ速度値と前記調整可能な速度感度値を掛け合わせることによって誤差変化率値を計算するステップをさらに含む方法であって、
制御信号を生成する前記ステップが、前記誤差値および前記誤差変化率値に応答してファジー論理制御アルゴリズムを使用して各所定の間隔で制御信号を生成するステップをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
制御信号を生成する前記ステップは、
複数のメンバシップ関数のそれぞれにおいて前記誤差変化率値のメンバシップの度合いを決定し、前記複数のメンバシップ関数が、正の寄与量を定義する少なくとも１つのメンバシップ関数、負の寄与量を定義する少なくとも１つのメンバシップ関数、およびゼロの寄与量を定義する少なくとも１つのメンバシップ関数を含むステップと、
複数のメンバシップ関数のそれぞれにおいて前記誤差値のメンバシップの度合いを決定し、前記複数のメンバシップ関数が、正の寄与量を定義する少なくとも１つのメンバシップ関数、負の寄与量を定義する少なくとも１つのメンバシップ関数、およびゼロの寄与量を定義する少なくとも１つのメンバシップ関数を含むステップとをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
制御信号を生成する前記ステップは、前記誤差変化率値の前記複数のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記決定された度合い、および前記語差値の前記複数のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記決定された度合いに応答して複数のファジー論理規則を評価するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
複数のファジー論理規則を評価する前記ステップは、ファジー最小／最大アルゴリズムを適用して、前記複数の羽根を開くことに対する少なくとも１つの寄与量、および前記複数の羽根を閉じることに対する少なくとも１つの寄与量を生成するステップをさらに含む方法であって、
前記ファジー最小／最大アルゴリズムが、
前記誤差変化率値の前記複数のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記決定された度合い、および前記語差値の前記複数のメンバシップ関数に関するメンバシップの前記決定された度合いに対して最小ファジーＡＮＤ推論を行うステップと、
前記最小ファジーＡＮＤ推論の結果に対して最大ファジーＯＲ推論を行って、前記複数の羽根を開くことに対する少なくとも１つの寄与量、および前記複数の羽根を閉じることに対する少なくとも１つの寄与量を生成するステップとを含む請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
制御信号を生成する前記ステップは、
前記複数の羽根を開くことに対する前記少なくとも１つの寄与量をスケール変更するステップと、
前記複数の羽根を閉じることに対する前記少なくとも１つの寄与量をスケール変更するステップと、
前記複数の羽根を閉じることに対する前記スケール変更された少なくとも１つの寄与量を前記複数の羽根を開くことに対する前記スケール変更された少なくとも１つの寄与量から引いて、パルス係数を掛けることによって前記制御信号を生成するステップとをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
冷媒が中を循環させられる閉じた冷却回路として接続されたアクチュエータによって調整可能な複数の入口案内羽根を有する圧縮機と、凝縮機と、蒸発器とを含む冷却システムであって、
前記蒸発器内部の脱離液体温度を検出して温度信号を提供するためのセンサと、
前記温度信号を受け取ったことに応答して前記蒸発器内部の前記脱離液体温度に対する引下げ動作中に所定の間隔で誤差信号、誤差変化率信号、および調整可能な速度感度信号を生成するための手段と、
入力としての前記誤差信号、前記誤差変化率信号、および前記調整可能な速度感度信号に応答して、前記引下げ動作中に前記蒸発器の前記脱離液体温度に関するセットポイント温度のオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすように前記蒸発器に対する冷媒の流れを制御する前記複数の入口案内羽根の前記アクチュエータに対する制御信号を生成するための手段と、
をさらに含むシステム。
【請求項３６】
蒸発器からの脱離水の温度を所定のセットポイント温度に調整する引下げ動作中に前記蒸発器からの冷媒の流れを制御する複数の羽根のアクチュエータに対する制御信号を計算するための、コンピュータ可読媒体上に実現され、マイクロプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラム製品であって、
前記蒸発器からの前記脱離水の温度を所定の間隔で測定するステップと、
前記測定された温度と前記所定のセットポイント温度の差から誤差値を計算するステップと、
前記誤差値と前の間隔からの前に計算された誤差値の差から引下げ速度値を計算するステップと、
ファジー論理アルゴリズムを使用して調整可能な速度感度値を計算するステップと、
前記誤差値、前記引下げ速度値、および前記調整可能な速度感度値に応答してファジー論理制御アルゴリズムを使用して各所定の間隔で制御信号を生成するステップとを実行するコンピュータ命令を含み、
前記制御信号は、前記アクチュエータに伝送されたとき、前記アクチュエータが、前記蒸発器からの前記脱離水の前記温度を前記所定のセットポイント温度に調整している最中に、前記所定のセットポイント温度のオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすように前記蒸発器からの冷媒の流れを制御するように前記複数の羽根の位置付けを行うように動作させる、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷却システム内部の液体の温度を制御することに関する。より具体的には、本発明は、ファジー論理を使用して、冷却機の脱離冷水温度が所定のセットポイントまで引下げられる速度を、その所定のセットポイントのオーバーシュートを最小限に抑えながら制御することに関する。
【背景技術】
【０００２】
冷水システムでは、冷水が建造物の中を循環させられてその建造物から熱が取り除かれる。冷水システム内部の水は、水から熱を受け入れる冷媒によって水が冷却される熱交換器を使用する蒸発器または冷却機において冷却される。冷水システムは、しばしば、最適効率のために、水の凍結点から数度の範囲内の温度（動作セットポイント）で動作させられる。既存の冷却機では、制御システムは、しばしば、水ラインが凍結して冷却機に損傷を与えるのを回避するため、水の凍結点に近い、または凍結点を下回るある温度（カットアウトポイント）まで蒸発器の水の温度が低下するとすぐに、冷却機を停止させるようにプログラミングされている。例えば、冷却機は、３５°Ｆ（１．７℃）の動作セットポイントと３４°Ｆ（１．１℃）のカットアウトポイントを有することが可能である。
【０００３】
冷却機における動作セットポイントとカットアウトポイントの差が１度だけしかないことにより、一般に、冷却機の通常の動作中、つまり安定状態の動作中に問題が生じることはない。しかし、水温を周囲温度から動作セットポイントまで低下させる引下げ中に冷却機が必要とされる場合、動作セットポイントとカットアウトポイントの差が１度であることは、問題となる可能性がある。冷却機内部の水温が動作セットポイントを通り越してカットアウトポイントに達した場合、冷却機が、引下げ中に制御システムによって停止させられる可能性がある。この問題を回避するため、引下げ応答時間を犠牲にすることなく、引下げオーバーシュートを最小限に抑えるように冷却機制御システムをプログラミングすることが必要である。
【０００４】
標準の比例−積分−微分（ＰＩＤ）制御では、微分項が、温度セットポイントに接近する速度を制御し、手動で調整されて、最悪の場合の条件に対して所望の最大のオーバーシュート／アンダーシュートを実現するように固定される。しかし、システムダイナミクスが負荷の変動等に起因して変化するにつれ、ある条件下では、応答時間が、その固定の微分（速度）項のために余りにも遅くなる可能性がある。固定の微分項に関連する問題を回避する１つの方策は、オーバーシュート／アンダーシュートを許容可能な限度内に保ちながら、所望の応答時間を維持するように速度項を自動的に調整する自己調整制御を使用することである。この自己調整アルゴリズムでは、制御を補償する適切な調整を行うのにまず、アンダーシュート／オーバーシュートの量の知識が必要とされる。ただし、このアルゴリズムにより、初期の引下げ中、および後の引下げ中に冷却機が停止させられることがもたらされる可能性がある。というのは、制御が、初期のオーバーシュートをまだ完全に補償していないからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、必要とされているのは、水温が動作セットポイントより数度上に達したときに開始される引下げ動作のモード中に、制御アルゴリズムの速度感度係数を調整することにより、所望の引下げ応答時間を維持し、動作セットポイントのオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすことができるファジー論理制御アルゴリズムである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一実施形態は、冷却システムのための温度制御システムを対象とする。冷却システムは、圧縮機と、凝縮器と、蒸発器を含み、以上すべてが、閉じた冷却回路として接続されている。凝縮器は、調節可能であり、アクチュエータによって制御される複数の入口案内羽根を有する。温度制御システムは、蒸発器内部の脱離液体の温度を検出し、温度信号を提供するためのセンサを含む。また、温度制御システムは、蒸発器内部の脱離液体温度に対する引下げ動作中に所定の間隔で温度信号をサンプリングするマイクロプロセッサも含む。マイクロプロセッサは、引下げ動作中に蒸発器の脱離液体温度のセットポイント温度のオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすように構成されたファジー論理制御アルゴリズムに温度信号を印加することにより、アクチュエータに対する制御信号を生成する。
【０００７】
本発明の別の実施形態は、冷却システム内部の２次冷媒の温度を所定のセットポイント温度に調整する動作中に、冷却システム内部の冷媒の流れを制御する制御信号を計算する方法を対象とする。この方法は、冷却システム内部の２次冷媒に関する温度信号を生成するステップを含む。温度信号を使用して誤差信号が生成され、誤差信号を使用して速度信号が生成される。誤差信号、速度信号、および速度感度信号に応答して、ファジー論理推論を使用して、冷却システム内部の冷媒の流れを制御する制御信号が生成される。最終的に、制御信号に応答して冷却システム内部の冷媒の流れが制御されて、所定のセットポイント温度のオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすように冷却システム内部の２次冷媒の温度が調整される。
【０００８】
本発明のさらに別の実施形態は、蒸発器からの脱離水の温度を所定のセットポイント温度に調整する引下げ動作中に蒸発器からの冷媒の流れを制御するために複数の羽根のアクチュエータに対する制御信号を計算する方法を対象とする。この方法は、蒸発器からの脱離水の温度を所定の間隔で測定するステップを含む。測定された温度と所定のセットポイント温度の差から誤差値が計算され、誤差値と、前の間隔からの前に計算された誤差値の差から引下げ速度値が計算される。次に、誤差値、引下げ速度値、および調整可能な速度感度値に応答して、ファジー論理制御アルゴリズムを使用して、各所定の間隔で制御信号が生成される。最後に、制御信号に応答してアクチュエータが動作させられて、蒸発器からの脱離水の温度を所定のセットポイント温度に調整している最中に所定のセットポイント温度のオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすように蒸発器からの冷媒の流れを制御するように、複数の羽根が位置付けられる。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態は、閉じた冷却回路として接続された圧縮機、凝縮機、および蒸発器を含む冷却システムを対象とする。冷媒が、冷却回路の中を循環させられる。さらに、圧縮機は、アクチュエータによって調整可能な複数の入口案内羽根を有する。また、冷却システムは、蒸発器からの脱離液体温度を検出して温度信号を提供するためのセンサ、ならびに温度信号を受け取ったことに応答して、蒸発器内部の脱離液体温度に対する引下げ動作中に所定の間隔で誤差信号、誤差変化率信号、および調整可能な速度感度信号を生成するマイクロプロセッサも含む。マイクロプロセッサは、ファジー論理制御アルゴリズムを使用して複数の入口案内羽根のアクチュエータに対する制御信号も生成する。ファジー論理制御アルゴリズムは、誤差信号、誤差変化率信号、および調整可能な速度感度信号を入力として有する。制御信号を使用して、引下げ動作中に蒸発器の脱離液体温度に関するセットポイント温度のオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすように蒸発器からの冷媒の流れが制御される。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態は、蒸発器からの脱離水の温度を所定のセットポイント温度に調整する引下げ動作中に蒸発器からの冷媒の流れを制御するように複数の羽根のアクチュエータに対する制御信号を計算するための、コンピュータ可読媒体上に実現され、マイクロプロセッサによって実行可能なコンピュータプログラム製品を対象とする。このコンピュータプログラム製品は、蒸発器からの脱離水の温度を所定の間隔で測定するステップを実行するためのコンピュータ命令を含む。また、コンピュータプログラム製品は、測定された温度と所定のセットポイント温度の差から誤差値を計算するステップ、誤差値と、前の間隔からの前に計算された誤差値の差から速度値を計算するステップ、およびファジー論理アルゴリズムを使用して調整可能な速度感度値を計算するステップを実行するためのコンピュータ命令も含む。さらに、コンピュータプログラム製品は、誤差値、速度値、および調整可能な速度感度値に応答して、ファジー論理制御アルゴリズムを使用して各所定の間隔で制御信号を生成するステップを実行するためのコンピュータ命令を含む。制御信号は、アクチュエータに伝送されたとき、アクチュエータを動作させて、所定のセットポイント温度に蒸発器からの脱離水の温度を調整している最中に所定のセットポイント温度のオーバーシュートを最小限に抑える、または無くすように蒸発器からの冷媒の流れを制御するように、複数の羽根を位置付けさせる。
【００１１】
本発明の１つの利点は、制御アルゴリズムを使用して、応答時間を犠牲にすることなく、引下げオーバーシュートが最小限に抑えられる、または無くされることである。
本発明のその他の特徴および利点は、本発明の原理を例として示す添付の図面と併せて考慮される、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明白となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
可能な場合はいつでも、すべての図面で同じ部分を指すのに同じ符号を使用している。
本発明が適用される一般的なシステムを例として図１に示している。図示するとおり、ＨＶＡＣ冷却システム１００が、圧縮機１１０と、凝縮機１１２と、水冷却機、つまり蒸発器１２６と、制御パネル１４０を含む。制御パネル１４０は、アナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１４８と、マイクロプロセッサ１５０と、不揮発性メモリ１４４と、インターフェースボード１４６を含む。制御パネル１４０の動作については、以下により詳細に述べる。従来の液体冷却機システムは、図１に示していない多数の他の特徴を含む。それらの特徴は、説明の便宜上、図面を簡単にするために意図的に省略している。
【００１３】
圧縮機１１０が、冷媒蒸気を圧縮して凝縮機１１２に送る。圧縮機１１０は、好ましくは、遠心圧縮機であるが、スクロール圧縮機、往復圧縮機、およびスクリュー圧縮機などのその他のタイプの圧縮機も使用することができる。凝縮機１１２は、冷却塔１２２に接続された熱交換コイル１１６を含む。凝縮機１１２からの凝縮された液体冷媒が、蒸発器１２６に流れ込む。蒸発器１２６は、例えば、冷却負荷１３０に接続された供給ライン１２８Ｓおよび戻りライン１２８Ｒを有する熱交換コイル１２８を含む。水、または任意の他の適切な２次冷媒、例えば、エチレン、塩化カルシウムブライン、塩化ナトリウムブラインが、戻りライン１２８Ｒを通って蒸発器１２６の中に入り、供給ライン１２８Ｓを通って蒸発器１２６から出る。蒸発器１２６は、ラインの内部の水の温度を下げる。熱交換コイル１２８は、複数の管束を含むことが可能である。次に、蒸発器１２６内部の蒸気冷媒が、吸込みラインを通って圧縮機１１０に戻ってサイクルが完了する。蒸発器１２６から圧縮機１１０への入力に、圧縮機１１０に入る冷媒の流れを制御する１つまたは複数の前置回転羽根または入口案内羽根が存在する。アクチュエータ１２０を使用して前置回転羽根が開かれて圧縮機１１０に入る冷媒の量が増加され、これにより、システム１００の冷却能力が向上する。同様に、アクチュエータ１２０を使用して前置回転羽根が閉じられて圧縮機１１０に入る冷媒の量が減少し、これにより、システム１００の冷却能力が低下する。
【００１４】
システム１００は、蒸発器１２６からの脱離冷水温度（ＬＣＨＷＴ）に対応する蒸発器１２６内部の温度を検知するためのセンサ１６０を含む。センサ１６０は、好ましくは、蒸発器シェルからの出口ライン、つまり供給ライン１２８Ｓにおける冷媒の流れの中にある。ただし、センサ１６０は、ＬＣＨＷＴの正確な測定を提供する任意の場所に配置することが可能である。センサ１６０は、好ましくは、温度サーミスタであるが、その他のタイプの温度センサを使用してもよい。サーミスタは、温度に正比例する抵抗を提供する。サーミスタからの抵抗が、電圧源に接続された抵抗器デバイダを使用して、または電圧を生成するための任意の他の適切な技術を使用して電圧信号に変換される。センサ１６０からの電圧信号は、ライン１６２を介して制御パネル１４０に転送される。
【００１５】
ライン１６２を介する制御パネル１４０への電圧信号入力は、Ａ／Ｄ変換器１４８によってデジタル信号またはデジタル語に変換される。次に、蒸発器温度を表わすこのデジタル信号を、マイクロプロセッサ１５０によって対応するＬＣＨＷＴに変換することができる。次に、ＬＣＨＷＴ値が、以下により詳細に説明する制御アルゴリズムに入力されて、前置回転羽根アクチュエータ１２０に対する制御信号が生成される。前置回転羽根アクチュエータ１２０に対する制御信号は、制御パネル１４０のインターフェースボード１４６に提供される。次に、インターフェースボード１４６が、制御信号を前置回転羽根アクチュエータ１２０に提供して前置回転羽根の位置付けが行われる。
【００１６】
マイクロプロセッサ１５０は、ファジー論理アルゴリズムを使用して、インターフェースボード１４６を介して前置回転羽根アクチュエータ１２０を制御する。一実施形態では、ファジー論理アルゴリズムは、マイクロプロセッサ１５０によって実行可能な一連の命令を有するコンピュータプログラムであることが可能である。この制御アルゴリズムは、ＬＣＨＷＴの引下げ中、前置回転羽根アクチュエータ１２０が前置回転羽根をさらに開くようにさせるか、前置回転羽根をさらに閉じるようにさせるか、または前置回転羽根を同じ位置に維持するかを決めて、冷媒蒸気の流れを調整し、それに応じて、ＬＣＨＷＴが所定の動作セットポイント温度に接近する速度を調整する。
【００１７】
ファジー論理制御アルゴリズムがコンピュータプログラムとして実現され、マイクロプロセッサ１５０によって実行されることが好ましいが、ファジー論理制御アルゴリズムは、デジタルおよび／またはアナログのハードウェアを使用して実装され、実行されることも可能であることが、当分野の技術者には理解されよう。ファジー論理制御アルゴリズムを実行するのにハードウェアが使用される場合、制御パネル１４０の対応する構成を変更して必要な構成要素を組み込み、もはや必要とされない可能性がある構成要素、例えば、Ａ／Ｄ変換器１４８を取り除くことが可能である。
【００１８】
ファジー論理アルゴリズムは、所定のプログラミングされた間隔でセンサ１６０によって測定されるＬＣＨＷＴを定期的にサンプリングすることによって前置回転羽根の所望の位置を制御する。例えば、プログラミング可能な間隔は、６秒ないし１２秒の範囲内にあることが可能である。センサ１６０の出力をサンプリングし、検知された値を所定の動作セットポイント温度、およびＬＣＨＷＴの前に記憶されたサンプルと比較することにより、マイクロプロセッサ１５０は、周知のコンピュータ技術に従って誤差値（ｅn）および誤差の変化の速度（ｄｅn）を計算することができる。ファジー論理アルゴリズムの最終的な目的は、誤差値をゼロに近づけて、冷却機１２６を停止させるカットアウトポイントに近づくオーバーシュートがほとんど、または全くなく、動作セットポイント温度が達せられるようにすることである。各サンプル間隔中、マイクロプロセッサ１５０のファジー論理アルゴリズムは、ゼロと１の間の重みを各入力に割り当てることにより、各入力（誤差（ｅn）および誤差の変化速度（ｄｅn））に関連する負のメンバシップ、正のメンバシップ、およびゼロのメンバシップの度合いを決定する。したがって、ファジー論理アルゴリズムは、メンバシップの度合いを結合して前置回転羽根アクチュエータ１２０のための適切な手順にするいくつかの「ｉｆ  ｔｈｅｎ」規則を評価する。
【００１９】
ファジー論理アルゴリズムは、可変入力としてＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）とＬＣＨＷＴ誤差変化率（ｄｅn）をともに利用する。ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）は、センサ１６０からのＬＣＨＷＴから所定の動作セットポイント温度を引いた値として計算され、またＬＣＨＷＴ誤差変化率（ｄｅn）は、現在のＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）から、前のサンプル（ｅn-1）からのＬＣＨＷＴ誤差を引き、速度感度を掛けた量である。速度感度は、５０〜２２０の範囲内のプログラミング可能な値であり、好ましくは、安定状態の動作中、１４０である。速度感度の決定については、以下により詳細に述べる。
【００２０】
好ましい実施形態では、ファジー論理アルゴリズムは、ＬＣＨＷＴ誤差変化率（ｄｅn）に関する５つのメンバシップ関数、およびＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）に関する３つのメンバシップ関数を含む。図２は、ＬＣＨＷＴ誤差変化率（ｄｅn）に関するメンバシップ関数を示し、図３は、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）に関するメンバシップ関数を示している。各メンバシップ関数は、所与の入力がゼロ、正、または負である度合いを線形式に決定する。完全なメンバシップは、１．０の値に対応し、部分的なメンバシップは、０と１．０の間の値に対応し、メンバシップ無しは、０の値に対応する。ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）メンバシップ関数は、３つの言語変数ネガティブスモール（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｓｍａｌｌ）（ＮＳ）、ゼロ（ＺＲ）、およびポジティブスモール（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｓｍａｌｌ）（ＰＳ）で記述される。ＬＣＨＷＴ誤差変化率（ｄｅn）メンバシップ関数は、３つの言語変数、ネガティブスモール（ＮＳ）、ゼロ（ＺＲ）、およびポジティブスモール（ＰＳ）に加えて、言語変数、ネガティブラージ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｌａｒｇｅ）（ＮＬ）およびポジティブラージ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｌａｒｇｅ）（ＰＬ）も含む。
【００２１】
図２および３に示したメンバシップ関数は、ゼロを中心に対称的であり、等しい大きさの入力を考慮している場合、正の値と同じ度合いの負の値に関するメンバシップを反映する。一般に、メンバシップ関数は、対称的であることも、そうでないことも可能である。メンバシップ関数は、独立にプログラミング可能であり、マイクロプロセッサ１５０において変更することができる。したがって、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）メンバシップ関数の感度と、ＬＣＨＷＴ誤差変化率（ｄｅn）メンバシップ関数の感度はともに、所望に応じて、システム制御を最適化するように、対称的にも、非対称的にも変更することができる。制御を調整する柔軟性を有するためにプログラミング可能なメンバシップ関数を有することが好ましい。これにより、ユーザは、ファジー論理アルゴリズムによって適用されるメンバシップ関数を変更して所望のシステム応答を得ることができる。ただし、メンバシップ関数は、より単純で使用するのが容易な制御構成をユーザに提供するように所定であり、プログラミング不可能であるようにしてもよい。
【００２２】
図４で示されるテーブルは、本発明の一実施形態により、マイクロプロセッサ１５０がファジー論理規則をどのように評価するかのファジー論理真理値表を示している。ファジー論理規則は、５つの出力言語変数クローズラージ（Ｃｌｏｓｅ  Ｌａｒｇｅ）（ＣＬ）、クローズスモール（Ｃｌｏｓｅ  Ｓｍａｌｌ）（ＣＬ）、ノーレスポンス（Ｎｏ  Ｒｅｓｐｏｎｓｅ）（ＮＲ）、オープンスモール（Ｏｐｅｎ  Ｓｍａｌｌ）（ＯＳ）、およびオープンラージ（Ｏｐｅｎ  Ｌａｒｇｅ）（ＯＬ）のどれかに評価することができる。真理値表の中の出力言語変数は、例示のために出力言語変数を区別する番号付きのスクリプトを伴って示されている。
【００２３】
テーブルの中に示すとおり、ｄｅnメンバシップ関数、ｅnメンバシップ関数のフォーマットで記述される規則の組み合わせは、次のとおりである。（ネガティブラージ（ＮＬ）、ネガティブスモール（ＮＳ））、（ネガティブスモール（ＮＳ）、ネガティブスモール（ＮＳ））、および（ネガティブラージ（ＮＬ）、ゼロ（ＺＲ））が、クローズラージ（ＣＬ）出力変数をもたらし、前置回転羽根アクチュエータ１２０に対する閉命令に寄与して冷却機１２６の冷却能力を低下させる。（ネガティブラージ（ＮＬ）、ポジティブスモール（ＰＳ））、（ネガティブスモール（ＮＳ）、ゼロ（ＺＲ））、および（ゼロ（ＺＲ）、ネガティブスモール（ＮＳ））が、クローズスモール（ＣＳ）出力変数をもたらし、前置回転羽根アクチュエータ１２０に対する閉命令に寄与して、冷却機１２６の冷却能力を低下させる。（ポジティブラージ（ＰＬ）、ゼロ（ＺＲ））、（ポジティブスモール（ＰＳ）、ポジティブスモール（ＰＳ））、および（ポジティブラージ（ＰＬ）、ポジティブスモール（ＰＳ））がオープンラージ（ＯＬ）出力変数をもたらし、前置回転羽根アクチュエータ１２０に対する開命令に寄与して、冷却機１２６の冷却能力を向上させる。また（ポジティブスモール（ＰＳ）、ゼロ（ＺＲ））、（ゼロ（ＺＲ）、ポジティブスモール（ＰＳ））、および（ポジティブラージ（ＰＬ）、ネガティブスモール（ＮＳ））がオープンスモール（ＯＳ）出力変数をもたらし、前置回転羽根アクチュエータ１２０に対する開命令に寄与して、冷却機１２６の冷却能力を向上させる。残りの３つの規則の組み合わせは、評価されない。というのは、残りの３つの規則の組み合わせは、アクションまたは応答を全くもたらさないからである。したがって、合計で１２の規則の組み合わせが、ファジー推論最小／最大法を利用して評価される。この方法は、最小「ファジーＡＮＤ」推論が、１２の規則の組み合わせのそれぞれに対してまず行われることを意味する。次に、クローズラージ（ＣＬ）出力変数寄与量をもたらす３つの規則の組み合わせに関し、また同様にクローズスモール（ＣＳ）出力変数寄与量をもたらす３つの規則の組み合わせに関して最大値が見出され、またオープンラージ（ＯＬ）出力変数寄与量をもたらす３つの規則の組み合わせに関し、また同様にオープンスモール（ＯＳ）出力変数寄与量をもたらす３つの規則の組み合わせに関して最大値が見出される「ファジーＯＲ」推論が行われ、したがって、結果の開いた値および閉じた値を表わす４つの最大値がもたらされる。各出力変数の寄与量を決定するための数式を以下に提示する。
【００２４】
【数１】
2005514692.tif 000003
【００２５】
結果の４つの最大値を結合して単一の出力応答にする必要がある。すなわち、４つの最大値を「非ファジー化する」必要がある。非ファジー化する重心法は、このアプリケーションに必要とされる以上に多くの計算を要するので、好ましくは、単独法（シングルトン法）を使用する。単独手法では、出力寄与量のそれぞれに、すなわち、クローズラージ（ＣＬ）出力変数の最大値、クローズスモール（ＣＳ）出力変数の最大値、オープンラージ（ＯＬ）出力変数の最大値、およびオープンスモール（ＯＳ）出力変数の最大値それぞれに、重み付け係数またはスケーリング係数が掛けられる。好ましくは、スケーリング係数は、クローズラージ（ＣＬ）出力変数およびオープンラージ（ＯＬ）出力変数に関して６であり、クローズスモール（ＣＳ）出力変数およびオープンスモール（ＯＳ）出力変数に関して３．５であるが、異なるスケーリング係数を使用することも可能である。次に、スケール変更されたクローズ寄与量最大値をスケール変更されたオープン寄与量最大値から引き、この減算の結果にパルス係数を掛けることにより、単一の出力応答を決定する。出力応答、つまり出力パルス幅（ＯＰＷ）を決定するための数式を以下に提示する。
【００２６】
【数２】
2005514692.tif 000004
【００２７】
Ｐｕｌｓｅ＿Ｆａｃｔｏｒ乗数は、０．３から１．０までの範囲内にあることが可能なプログラミング可能な値である。Ｐｕｌｓｅ＿Ｆａｃｔｏｒ乗数の選択は、出力応答に対するパルス幅の調整を可能にすることにより、ユーザが、システム応答をさらに調整することを可能にする。Ｐｕｌｓｅ＿Ｆａｃｔｏｒ乗数の値がより大きいことが、より感度の高いシステム応答をもたらし、Ｐｕｌｓｅ＿Ｆａｃｔｏｒ乗数の値がより小さいことが、より感度の低いシステム応答をもたらす。
【００２８】
結果の値がゼロより小さい場合、前置回転羽根アクチュエータ１２０は、サンプル周期に関する結果の値と秒数が等しい値の閉信号（負の値）上のパルス幅を受け取る。結果の値が正である場合、前置回転羽根アクチュエータ１２０は、サンプル周期に関する結果の値と秒数が等しい値の開信号（正の値）上のパルス幅を受け取る。およそ±０．２°Ｆ（０．１℃）の誤差不感帯は、オープン信号にもクローズ信号にも全く応答をもたらさない。
【００２９】
本発明のファジー推論は、本発明を単に例示するに過ぎない以下の例によってさらに明確になる。この例では、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）は、１°Ｆ（０．５６℃）であり、この誤差（ｅn）は、前述したとおり、センサ１６０からのＬＣＨＷＴから所定の動作セットポイント温度を引いた値として計算され、ＬＣＨＷＴ誤差変化率（ｄｅn）は、−５°Ｆ／秒（−２．７５℃／秒）であり、この誤差変化率（ｄｅn）は、前述したとおり、現在のＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）の量から前のサンプル（ｅn-1）からのＬＣＨＷＴ誤差を引いて、速度感度を掛けた値である。図２に示すとおり、−５°Ｆ／秒（−２．７５℃／秒）のＬＣＨＷＴ誤差変化率（ｄｅn）は、ＮＬに対して０．５、ＮＳに対して０．５のメンバシップの度合いをもたらす。図３に示すとおり、１°Ｆ（０．５６℃）のＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）は、ＺＲに対して０．７５、ＰＳに対して０．２５のメンバシップの度合いをもたらす。規則は、最小法で組み合わされ、図５のファジー論理真理値表に示している。真理値表の最上部のメンバシップ値と左端のメンバシップ値の間で比較が行われ、真理値表の出力セクションにおけるそれぞれの場所に最小値が入れられる。例えば、ｄｅnのＮＬメンバシップ関数に割り当てられたメンバシップの度合い（０．５）が、最小ファジー推論、すなわち、ファジーＡＮＤルーチンを行うことによってｅnのＰＳメンバシップ関数に割り当てられたメンバシップの度合い（０．２５）と組み合わせられ、０．２５の最小値がＣＳ1に割り当てられることがもたらされる。次に、組み合わせ、つまりファジーＡＮＤルーチンの結果が、以下に数式（６）〜（９）で提示するとおり、最大ファジー推論、すなわち、ファジーＯＲルーチンを使用して結合され、ＣＳ＝０．５、ＣＬ＝０．５、ＯＳ＝０、およびＯＬ＝０がもたらされる。
【００３０】
【数３】
2005514692.tif 000005
【００３１】
以上の結果が、次に、前述した数式（５）、および１というＰｕｌｓｅ＿Ｆａｃｔｏｒを使用して非ファジー化されて、−４．７５の出力応答、つまりパルス幅が得られる。この出力は、閉信号上の４．７５秒パルス幅が、現在の周期中に実行されることをもたらす。言い換えれば、出力応答は、現在のサンプル間隔中に次のサンプリングイベントの前に計算され、実行される。
【００３２】
ほとんど、または全くオーバーシュートを生じることなく、動作セットポイントへの平滑な接近を実現するため、速度感度項が温度引下げ状況中に調整される。速度感度項は、ＬＣＨＷＴが所定の動作セットポイントに接近する引下げ速度（ｄＴ＝ｅn−ｅn-1）、および所定の動作セットポイントとＬＣＨＷＴの差、つまりＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）に基づいて調整される。ＬＣＨＷＴが、所定の動作セットポイントを事前選択された値（好ましくは、６°Ｆ（３．３℃）、ただし他の値も使用することができる）だけ上回る温度に等しいか、またはその温度より高い場合、すなわち、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）が、事前選択された値に等しいか、その値より大きい場合、制御アルゴリズムは、安定状態モードの動作ではなく、「引下げモード」の動作で動作する。引下げモードの動作では、サンプリング周期は、好ましくは、６秒間である最小サンプリング周期に自動的に設定され、速度感度は、引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）に基づいて計算される。引下げモード、つまり自己調整モードの動作は、好ましくは、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）が負になり、次に再び正になったとき、またはＬＣＨＷＴが、所定の動作セットポイントの０．５°Ｆ（０．２８℃）の範囲内の値に達してから、すなわち、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）＜＝０．５（０．２８）になってから２分経過したとき、終了されるが、引下げモードを終了させるためのその他の判定も使用することができる。引下げモードの動作が終了されたとき、速度感度およびサンプリング周期は、安定状態制御動作のための通常のプログラミングされた値に自動的に戻される。
【００３３】
温度引下げモードの動作では、速度感度項は、ファジー推論を使用して決定される。図６は、引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）に関するメンバシップ関数を示している。引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）メンバシップ関数は、２つの言語変数、ネガティブ（ＮＥＧ）およびポジティブ（ＰＯＳ）で記述される。前述したとおり、引下げモードに入ったとき、サンプリング周期は、６秒間に設定され、したがって、図６に示したｄＴの値は、６秒間のサンプル周期に基づく。すなわち、ｄＴは、毎６秒の華氏度（摂氏度）で計算される（°Ｆ／（６秒））（℃／（６秒））。引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）に関するメンバシップ関数は、両方のメンバシップ関数に関して０％のメンバシップをもたらすポイントを定義する目標速度に依存する。引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）に関するメンバシップ関数は、目標速度から、１００％のメンバシップをもたらす上限の極値および下限の極値までを範囲とする。目標速度は、以下により詳細に説明するとおり、プログラミング可能であり、調整可能である。目標速度より小さい引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）（すなわち、負の値）が得られた場合、引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）は、余りにも速く動いており、減速させなければならないため、速度感度が高くされる。反対に、目標速度より大きい引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）が得られた場合、引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）は、余りにも遅く動いており、高くしなければならないため、速度感度が低くされる。
【００３４】
本発明の好ましい実施形態では、目標速度は、引下げモードにおいて、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）が２°Ｆ（１．１℃）より大きい場合、−０．３°Ｆ／（６秒）（−０．１７℃／（６秒））、つまり−０．０５°Ｆ／秒（−０．０３℃／秒）に固定されるが、この温度範囲に関して他の固定の目標速度を使用することも可能である。ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）が、引下げモードで２°Ｆ（１．１℃）以下に達した後、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）がゼロに近づくにつれて目標速度を直線的に低減して接近の速度を遅くし、所定のセットポイントのオーバーシュートを最小限ないしゼロにすることが達せられるが、目標速度を低減するためのその他の関数タイプを使用することも可能である。図６は、引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）に関するメンバシップ関数、２°Ｆ（１．１℃）より大きいＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）に関するメンバシップ関数（実線）、および０°Ｆ（０℃）と２°Ｆ（１．１℃）の中間のＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）に関するメンバシップ関数（破線）を示している。
【００３５】
本発明のファジー推論は、本発明を単に例示するに過ぎない別の例によってさらに明確になる。この例では、引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）は、−０．４°Ｆ／（６秒）（−０．２２℃／（６秒））であり、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）は、２°Ｆ（１．１℃）より大きく、目標速度は、−０．３°Ｆ／（６秒）（−０．１７℃／（６秒））である。図６に示すとおり、−０．４°Ｆ／（６秒）（−０．２２℃／（６秒））の引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）は、ＮＥＧに対して０．３３、ＰＯＳに対して０．０のメンバシップの度合いをもたらす。次に、速度感度が、以下に提示する数式から決定される。
【００３６】
【数４】
2005514692.tif 000006
【００３７】
ＮＥＧに対する０．３３のメンバシップの度合い、およびＰＯＳに対する０．０のメンバシップの度合いを使用して数式（１０）を解くことにより、数式（１１）で以下に示すとおり、１７６の速度感度がもたらされる。
【００３８】
【数５】
2005514692.tif 000007
【００３９】
図７Ａおよび７Ｂは、引下げモードの動作において速度感度を決定するためのプロセスの流れ図を示している。このプロセスは、ステップ１００２で開始し、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）が２°Ｆ（１．１℃）に等しいか、またはそれより大きいかどうかが調べられる。ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）が２°Ｆ（１．１℃）に等しいか、またはそれより大きい場合、目標速度は、ステップ１００４で−０．３°Ｆ／（６秒）（−０．１７℃／（６秒））に設定される。ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）が２°Ｆ（１．１℃）より小さい場合、ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）は、ステップ１００６で、０°Ｆに等しいか、またはそれより大きいかどうかが調べられる。ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）が０°Ｆ（０℃）に等しいか、それより大きい場合、目標速度が、ステップ１００８で、以下に提示する数式を使用して決定される。
【００４０】
【数６】
2005514692.tif 000008
【００４１】
ＬＣＨＷＴ誤差（ｅn）が０°Ｆ（０℃）より小さい場合、目標速度が、ステップ１０１０で０°Ｆ／（６秒）（０℃／（６秒））に設定される。次に、ステップ１００４、１００８、１０１０で目標速度が決定された後、負の速度限度が、ステップ１０１２で、以下に提示する数式を使用して決定される。
【００４２】
【数７】
2005514692.tif 000009
【００４３】
ステップ１０１４で、引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）が負の速度限度に等しいか、またはそれより小さいかどうかが調べられる。引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）が、負の速度限度より小さい場合、ステップ１０１６で、ネガティブメンバシップ関数に関するメンバシップの度合いが、１．０に設定され、ポジティブメンバシップ関数に関するメンバシップの度合いが、０．０に設定される。ステップ１０１８で、引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）が、目標速度に等しいか、またはそれより小さいかどうかが調べられる。引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）が目標速度に等しいか、それより小さい場合、ネガティブメンバシップ関数のメンバシップの度合いが、ステップ１０２０で、以下に提示する数式を使用して決定される。
【００４４】
【数８】
2005514692.tif 000010
【００４５】
やはりステップ１０２０で、ポジティブメンバシップ関数に関するメンバシップの度合いが、０．０に設定される。ステップ１０２２で、引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）が正の速度限度より大きいかどうかが調べられる。引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）が正の速度限度より大きい場合、ステップ１０２４で、ポジティブメンバシップ関数に関するメンバシップの度合いが、１．０に設定され、ネガティブメンバシップ関数に関するメンバシップの度合いが、０．０に設定される。引下げＬＣＨＷＴ速度（ｄＴ）が正の速度限度より小さい場合、ポジティブメンバシップ関数のメンバシップの度合いが、ステップ１０２６で、以下に提示する数式を使用して決定される。
【００４６】
【数９】
2005514692.tif 000011
【００４７】
やはりステップ１０２６で、ネガティブメンバシップ関数に関するメンバシップの度合いが、０．０に設定される。最後に、ステップ１０１６、１０２０、１０２４、および１０２６でメンバシップの度合いが決定された後、速度感度が、ステップ１０２８で、前述した数式（１０）を使用して計算される。次に、計算された速度感度を前述したファジー論理方法で使用して、前置回転羽根アクチュエータ１２０に対する制御信号が計算される。
【００４８】
本発明は、冷却機システム内部で蒸発器から圧縮機への冷媒の流れを制御し、これにより、蒸発器の脱離冷水温度の引下げ速度を制御する前置回転羽根アクチュエータに関する制御アルゴリズムの文脈で説明してきた。ただし、本発明の制御アルゴリズムは、任意のタイプの冷却システムにおいて使用して、システム内部の液体の温度がセットポイントにまで導かれる引下げ、または引上げの速度を制御することが可能である。他のタイプの冷却システムにおいてこの制御アルゴリズムを使用するため、メンバシップ関数、ならびに制御アルゴリズムによって使用されるセンサ情報にいくつかの変更を行い、制御アルゴリズムが適用されるシステムの特定の構成を考慮に入れることが可能である。
【００４９】
本発明を好ましい実施形態に関連して説明してきたが、本発明の範囲を逸脱することなく、様々な変更を行うことが可能であり、実施形態の要素を等価物で代用することが可能であることが、当分野の技術者には理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲を逸脱することなく、本発明の教示に特定の状況、または特定の資材を適応させるように多数の変更を行うことが可能である。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図される最良の形態として開示した特定の実施形態には限定されず、頭記の特許請求の範囲に含まれるすべての実施形態を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の冷却システムを概略で示す図である。
【図２】ファジー論理制御アルゴリズムに対する入力のメンバシップ関数のグラフを示す図である。
【図３】ファジー論理制御アルゴリズムに対する入力のメンバシップ関数のグラフを示す図である。
【図４】ファジー論理制御アルゴリズムのファジー論理真理値表を示す図である。
【図５】本発明の一例からのファジー論理真理値表を示す図である。
【図６】引下げ動作モード中に速度感度を決定するためのファジー論理システムに関するメンバシップ関数のグラフを示す図である。
【図７．Ａ】引下げ動作モード中に速度感度を決定するためのプロセスを示す流れ図である。
【図７．Ｂ】引下げ動作モード中に速度感度を決定するためのプロセスを示す流れ図である。
【図１】
2005514692.tif 000012
【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．Ａ】
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【図７．Ｂ】
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【国際調査報告】
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