(57)【要約】【課題】制御系としては簡素に構成しつつ、制御対象出力応答目標算出手段において、制御対象の応答性を、出力目標値の上昇または下降時に対応させてそれぞれ任意に変化させ、制御対象出力のより最適な応答が得られるようにした制御系を構築する。【解決手段】制御対象制御手段と、制御対象出力検知手段と、制御対象出力目標値設定手段と、制御入力演算手段と、制御対象出力目標応答算出手段と、制御対象出力フィードバック演算手段と、フィードフォワード制御入力予測演算手段とを有し、出力目標値が変更されたとき、変更前の出力目標値と変更後の出力目標値を比較して、出力目標値を大きくするとき、あるいは、小さくするとき、それぞれの場合において、出力目標応答値の算出方法を変更し、出力目標値の上昇あるいは下降時において、制御対象出力目標の過渡応答をそれぞれ異なるものとすることを特徴とする制御装置。【選択図】図２
2005193749.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を制御入力に基づき操作し、制御対象の出力としての制御量を制御する制御対象制御手段と、制御対象の出力を検知する制御対象出力検知手段と、制御対象出力値の目標値を設定する制御対象出力目標値設定手段と、制御対象への制御入力を演算する制御入力演算手段と、制御対象出力値が目標値に到達するための過渡状態における目標応答を算出し指定する制御対象出力目標応答算出手段と、制御対象出力目標応答値と制御対象出力値との偏差を参照することによりフィードバック制御入力を演算する制御対象出力フィードバック演算手段と、制御対象出力目標応答算出手段により演算される目標応答における過渡特性を実現するに必要なフィードフォワード制御入力を予測演算するフィードフォワード制御入力予測演算手段とを有する制御装置において、
前記制御対象出力目標値設定手段により出力目標値が変更されたとき、変更前の出力目標値と変更後の出力目標値を比較して、出力目標値を大きくするとき、あるいは、小さくするとき、それぞれの場合において、前記制御対象出力目標応答算出手段における出力目標応答値の算出方法を変更し、出力目標値の上昇あるいは下降時において、制御対象出力目標の過渡応答をそれぞれ異なるものとすることを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記フィードフォワード制御入力予測演算手段は、前記制御対象出力目標値設定手段により出力目標値が変更されたとき、出力目標値の上昇あるいは下降時においてそれぞれ、変更された制御対象出力目標の過渡応答を実現するのに必要なフィードフォワード制御入力予測演算方法を変更する、請求項１の制御装置。
【請求項３】
外部からの制御信号により容量を可変可能な外部可変容量圧縮機と、高温高圧の冷媒を凝縮する凝縮器と、冷却器として室内に吹出す空気を冷却する蒸発器を備えた冷凍サイクルであって、蒸発器に空気を送風する送風機、蒸発器の目標温度を設定する蒸発器目標温度設定手段、蒸発器出口空気温度または蒸発器温度を検知する蒸発器温度検知手段、蒸発器温度を制御する蒸発器温度制御手段、蒸発器出口空気温度または蒸発器温度が蒸発器目標温度に到達するための過渡状態における目標応答を算出し指定する蒸発器温度目標応答算出手段、蒸発器温度目標応答値と蒸発器出口空気温度または蒸発器温度との偏差を参照することによりフィードバック制御入力を演算する蒸発器温度フィードバック制御入力演算手段、蒸発器温度目標応答算出手段により、算出される目標応答における過渡特性を実現するに必要なフィードフォワード制御入力を予測演算する蒸発器温度フィードフォワード制御入力予測演算手段を有する冷凍サイクルの制御装置において、
前記蒸発器目標温度設定手段により蒸発器温度目標値が変更されたとき、変更前の目標値と変更後の目標値を比較して、目標値を高くするとき、あるいは、低くするとき、それぞれの場合において、前記蒸発器温度目標応答算出手段により、異なる過渡応答となるような蒸発器目標応答値を算出することを可能にする目標応答性指定手段を有しており、該手段を介して、目標値の上昇あるいは下降時において、設定された目標値へ到達するまでの過渡応答をそれぞれ異なるものとすることを特徴とする冷凍サイクル制御装置。
【請求項４】
前記蒸発器温度フィードフォワード制御入力予測演算手段は、前記蒸発器目標温度設定手段により蒸発器温度目標値が変更されたとき、目標値の上昇あるいは下降時においてそれぞれ、変更された制御温度目標の過渡応答を実現するのに必要なフィードフォワード制御入力予測演算方法を変更する、請求項３の冷凍サイクル制御装置。
【請求項５】
前記目標応答性指定手段は、前記蒸発器温度目標応答算出手段に用いる所定の応答性指定値群における応答性指定値を変更する手段からなり、冷凍サイクル熱負荷に応じて該応答性指定値を変更する、請求項３または４の冷凍サイクル制御装置。
【請求項６】
前記冷凍サイクル熱負荷は、外気温度に相関のある物理量、蒸発器への送風量に相関のある物理量、車両の速度に相関のある物理量、車両原動機の回転数に相関のある物理量のすべて、または少なくとも一つを検知したものからなる、請求項５の冷凍サイクル制御装置。
【請求項７】
前記蒸発器温度制御手段は、外部からの制御信号により外部可変容量圧縮機の容量制御を行うことにより、蒸発器出口空気温度または蒸発器温度を制御する、請求項３の冷凍サイクル制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御装置に関し、特に、目標値に応じて、制御入力値を演算、及び出力し、フィードバック（ＰＩＤ演算等）により制御対象を制御する装置に関する。中でも、外部制御信号による容量可変圧縮機を有する冷凍サイクルにおいて、とくに、圧縮機の容量を制御することで冷凍サイクルの蒸発器温度を制御する際に用いて好適な制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は先に特許文献１において、、とくに車両用空調装置におけるオートエアコンシステムに適用できる制御装置であり、制御対象出力がその目標値に到達するための過渡状態における目標応答を算出し指定する制御対象出力目標応答算出手段、制御対象出力目標応答値となるようなフィードフォワード制御入力予測手段を有し、かつ、制御対象出力目標応答と制御対象出力との偏差を演算する制御対象出力フィードバック手段を備えた制御装置であって、フィードフォワード制御入力とフィードバック制御入力との和を制御対象への制御入力として制御対象を制御するようにした制御装置を提案している。
【０００３】
この提案により、構成部品、制御系を大幅に簡素化し、安価に実施可能な、車両用空調装置における冷凍サイクルの制御の好適な制御装置を実現することが可能となった。
【特許文献１】特開２００３−１９１７４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記提案に係る制御装置においては、以下のような懸念点が残されている。すなわち、制御対象の出力が、上昇あるいは下降する場合において、極端に応答性が変わるとき、上記提案における制御対象出力応答目標値が一つの応答性しか持たない場合には、オーバーシュートの発生や、応答が遅くなることがある。また、制御対象の出力応答を、出力目標値の上昇あるいは下降においてそれぞれ異なるものとしたい場合には、上記先の提案に係る制御装置では対応できないことが考えられる。
【０００５】
そこで本発明の課題は、上記先の提案に係る制御装置と同様に制御系としては簡素に構成しつつ、制御対象出力応答目標算出手段において、制御対象の応答性を、出力目標値の上昇または下降時に対応させてそれぞれ任意に変化させ、制御対象出力のより最適な応答が得られるようにした制御系を構築することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る制御装置は、制御対象を制御入力に基づき操作し、制御対象の出力としての制御量を制御する制御対象制御手段と、制御対象の出力を検知する制御対象出力検知手段と、制御対象出力値の目標値を設定する制御対象出力目標値設定手段と、制御対象への制御入力を演算する制御入力演算手段と、制御対象出力値が目標値に到達するための過渡状態における目標応答を算出し指定する制御対象出力目標応答算出手段と、制御対象出力目標応答値と制御対象出力値との偏差を参照することによりフィードバック制御入力を演算する制御対象出力フィードバック演算手段と、制御対象出力目標応答算出手段により演算される目標応答における過渡特性を実現するに必要なフィードフォワード制御入力を予測演算するフィードフォワード制御入力予測演算手段とを有する制御装置において、
前記制御対象出力目標値設定手段により出力目標値が変更されたとき、変更前の出力目標値と変更後の出力目標値を比較して、出力目標値を大きくするとき、あるいは、小さくするとき、それぞれの場合において、前記制御対象出力目標応答算出手段における出力目標応答値の算出方法を変更し、出力目標値の上昇あるいは下降時において、制御対象出力目標の過渡応答をそれぞれ異なるものとすることを特徴とするものからなる。
【０００７】
この制御装置においては、前記フィードフォワード制御入力予測演算手段としては、前記制御対象出力目標値設定手段により出力目標値が変更されたとき、出力目標値の上昇あるいは下降時においてそれぞれ、変更された制御対象出力目標の過渡応答を実現するのに必要なフィードフォワード制御入力予測演算方法を変更するようにすることができる。
【０００８】
本発明に係る制御装置は、とくに車両用空調装置等における冷凍サイクルの制御に適用して好適なものである。本発明に係る冷凍サイクル制御装置は、外部からの制御信号により容量を可変可能な外部可変容量圧縮機と、高温高圧の冷媒を凝縮する凝縮器と、冷却器として室内に吹出す空気を冷却する蒸発器を備えた冷凍サイクルであって、蒸発器に空気を送風する送風機、蒸発器の目標温度を設定する蒸発器目標温度設定手段、蒸発器出口空気温度または蒸発器温度を検知する蒸発器温度検知手段、蒸発器温度を制御する蒸発器温度制御手段、蒸発器出口空気温度または蒸発器温度が蒸発器目標温度に到達するための過渡状態における目標応答を算出し指定する蒸発器温度目標応答算出手段、蒸発器温度目標応答値と蒸発器出口空気温度または蒸発器温度との偏差を参照することによりフィードバック制御入力を演算する蒸発器温度フィードバック制御入力演算手段、蒸発器温度目標応答算出手段により、算出される目標応答における過渡特性を実現するに必要なフィードフォワード制御入力を予測演算する蒸発器温度フィードフォワード制御入力予測演算手段を有する冷凍サイクルの制御装置において、
前記蒸発器目標温度設定手段により蒸発器温度目標値が変更されたとき、変更前の目標値と変更後の目標値を比較して、目標値を高くするとき、あるいは、低くするとき、それぞれの場合において、前記蒸発器温度目標応答算出手段により、異なる過渡応答となるような蒸発器目標応答値を算出することを可能にする目標応答性指定手段を有しており、該手段を介して、目標値の上昇あるいは下降時において、設定された目標値へ到達するまでの過渡応答をそれぞれ異なるものとすることを特徴とするものからなる。
【０００９】
この冷凍サイクル制御装置においては、前記蒸発器温度フィードフォワード制御入力予測演算手段としては、前記蒸発器目標温度設定手段により蒸発器温度目標値が変更されたとき、目標値の上昇あるいは下降時においてそれぞれ、変更された制御温度目標の過渡応答を実現するのに必要なフィードフォワード制御入力予測演算方法を変更するようにすることができる。
【００１０】
また、前記目標応答性指定手段が、前記蒸発器温度目標応答算出手段に用いる所定の応答性指定値群における応答性指定値を変更する手段からなり、冷凍サイクル熱負荷に応じて該応答性指定値を変更するようにすることができる。
【００１１】
上記冷凍サイクル熱負荷としては、たとえば、外気温度に相関のある物理量、蒸発器への送風量に相関のある物理量、車両の速度に相関のある物理量、車両原動機の回転数に相関のある物理量のすべて、または少なくとも一つを検知したものを使用できる。
【００１２】
また、前記蒸発器温度制御手段は、外部からの制御信号により外部可変容量圧縮機の容量制御を行うことにより、蒸発器出口空気温度または蒸発器温度を制御するように構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る制御装置によれば、制御対象出力の目標値が大きく、あるいは小さくなるように変更され、制御対象出力が上昇あるいは下降される場合にも、それぞれ任意の応答性を持つことで、所望の最適な応答性にて目標値への制御が可能となる。したがって、簡素で安価な制御系でありながら、オーバーシュートや応答遅れなどのない、望ましい制御を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係る冷凍サイクル制御装置を備えた車両用空調装置の概略機器系統図を示している。図１において、１は車両用空調装置全体を示しており、車室内へと開口する通風ダクト２内の上流側には、内外気切替ダンパ３によって調節された外気導入口４、内気導入口５からの吸気を圧送する送風機６が設けられている。送風機６の下流側には、送風される空気を冷却する冷却器としての蒸発器７が設けられており、その下流側には、加熱器８としてのヒータコアが設けられている。加熱器８には、例えば、エンジン冷却水が循環される。加熱器８の直上流側には、エアミックスダンパアクチュエータ９によって開度が調節されるエアミックスダンパ１０が配置されている。温度調節された空気は、ダンパ１１、１２、１３を備えたＤＥＦ、ＶＥＮＴ、ＦＯＯＴ等の各吹出口１４、１５、１６を通して車室内に吹き出される。
【００１５】
上記のような車両用空調装置１に、上記蒸発器７を備えた冷凍サイクル１７が設けられている。冷凍サイクル１７は、各機器が冷媒配管を介して接続された冷媒回路に構成されており、外部からの容量制御信号により容量が制御される外部可変容量圧縮機１８、圧縮機１８で圧縮された高温高圧の冷媒を凝縮する凝縮器１９、凝縮された冷媒の気液を分離する受液器２０、受液器２０からの冷媒を減圧、膨張させる膨張弁２１、膨張弁２１からの冷媒を蒸発させ通風ダクト２内を送られてくる空気との熱交換により該空気を冷却する蒸発器７がこの順に配置されており、蒸発器７からの冷媒が圧縮機１８に吸入されて再び圧縮される。圧縮機１８は、本実施態様では、車両駆動用のエンジン２２によってクラッチを介して駆動されるようになっている。このクラッチのオンオフ制御は、クラッチコントローラ３０を介して行われ、本実施態様では、メインコントローラ２３からのクラッチ制御信号回路に圧力スイッチ３１が設けられている。
【００１６】
２３は本発明に係る冷凍サイクル制御装置が組み込まれた、空調制御用のメインコントローラを示している。上記圧縮機１８は、その容量制御方式は、従来の圧縮機吸入圧力制御とは異なり、圧縮機１８の吐出圧力と吸入圧力との差圧制御方式の容量制御であり、外部からの容量制御信号は、その差圧に相関がある入力信号としてメインコントローラ２３から与えられるものである。冷却器としての蒸発器７の出口空気温度の制御は、この容量制御信号にて行われる。さらに、圧縮機の駆動源からの駆動力の接続／遮断を行うクラッチを有し、クラッチの接続／遮断をコントロールするクラッチ信号をメインコントローラ２３から与えるものである。本実施例の構成では、クラッチを有するシステムであるが、クラッチを有さなくとも本制御は適応できるものである。
【００１７】
また、本実施態様では、蒸発器７の下流側に、蒸発器出口空気温度センサ２４が設けられており、検知された蒸発器出口空気温度Tevaの信号がメインコントローラ２３に送られる。また、車室内温度センサ２５から車室内温度Tin の検知信号が、外気温度センサ２６から外気温度Tambの検知信号が、必要に応じて日射センサ２７から日射量の検知信号が、さらにエンジン回転数Ne（または圧縮機回転数）の信号２８が、送風機６駆動用モータ２９の電圧（ブロワ電圧）の信号BLV が、それぞれメインコントローラ２３に送られ、メインコントローラ２３からは、エアミックスダンパ１０の開度制御信号がエアミックスダンパアクチュエータ９に送られ、クラッチ制御信号がクラッチコントローラ３０に送られる。
【００１８】
メインコントローラ２３において、本実施態様では図２、図３に示すような制御が行われる。本実施態様では、制御対象出力としての蒸発器出口空気温度が、以下のように制御される。なお、以下の説明、図２のブロック図、図３のフロー図においては、「蒸発器」を「エバ」（エバポレータの略）と略記してある。
【００１９】
（１）エバ出口空気温度目標応答指定手段
外気温度（Tamb）と、エンジン回転数（Ne）と、車速（VS）と、ブロワ電圧（BLV）を参照して、下記演算式によりエバ出口空気温度目標応答性を指定する変数Ａ及びＢを決定する。但し、変数Ａは、エバ出口空気温度上昇時（Toff＞Toffn）とし、変数Bは、エバ出口空気温度下降時（Toff＜Toffn）とする。ここで、Toffnは、エバ出口空気温度目標値の前回値であり、Toffは今回の目標値である。
・エバ出口空気温度目標値上昇時（Toff＞Toffn）
Ａ＝f(Tamb，Ne，VS，BLV)
・エバ出口空気温度目標値下降時（Toff＜Toffn）
Ｂ＝f(Tamb，Ne，VS，BLV)
【００２０】
（２）エバ出口空気温度フィードフォワード制御入力予測手段
エバ出口空気温度フィードフォワード目標値（Toffc）と、外気温度（Tamb）と、エンジン回転数（Ne）と、車速（VS）と、ブロワ電圧（BLV）を参照して、下記演算式により、エバ出口空気温度フィードフォワード制御入力（Icff）を予測する。
Icff＝f(Toffc，Tamb，Ne，VS，BLV)
但し、エバ出口空気温度フィードフォワード目標値（Toffc）は、エバ出口空気温度目標値（Toff）、応答性指定変数（Ａ，Ｂ）を参照して、下記演算式により、算出されるものとする。
Toffc＝(TL1×Toff＋Tff×Toffc(前回値))／(Tff＋TL1)
ここで、TL1 は、制御周期である。また、エバ出口空気温度フィードフォワード指定値（Tff）は、エバ出口空気温度目標値（Toff）により、下記条件で異なる値となる。
・エバ出口空気温度目標値上昇時（Toff＞Toffn）
Tff＝Ａ×Ｃ
・エバ出口空気温度目標値下降時（Toff＜Toffn）
Tff＝Ｂ×Ｃ
但し、Ｃはあらかじめ定めた定数とする。
【００２１】
（３）エバ出口空気温度応答目標値制御手段
エバ出口空気温度応答目標値（Tef）は、エバ出口空気温度目標値を参照して、下記演算式により、算出されるものとする。
Tef＝（TL2×Toff＋Tc×Tef(前回値)）／（Tc＋TL2）
TL2：制御周期
Tc：エバ出口空気温度応答性指定値
但し、エバ出口空気温度応答性指定値(Tc)は、エバ出口空気温度目標値(Toff)により、下記条件で異なる値となる。
・エバ出口空気温度目標値上昇時（Toff＞Toffn）
Tc＝Ａ
・エバ出口空気温度目標値下降時（Toff＜Toffn）
Tc＝Ｂ
【００２２】
（４）エバ出口空気温度フィードバック制御入力演算手段
エバ出口空気温度フィードバック制御入力値(Icfb)は、エバ出口空気温度応答目標値(Tef)と、エバ出口空気温度(Teva)を参照して、下記のような比例、積分演算を行うものとする。
Icfb＝P(比例演算値)＋I(積分演算値)
P＝Kp×(Tef−Teva)
I＝Inn-1 ×Kp/Ki ×(Tef−Teva)
Kp：比例ゲイン
Ki：積分時間
Inn-1:I の前回演算値
【００２３】
（５）エバ出口空気温度制御手段
圧縮機容量制御信号(SIGte)は、下記演算式により、エバ出口空気温度フィードフォワード制御入力値(Icff)と、エバ出口フィードバック制御入力値(Icfb)の合算したものとする。
SIGte＝Icff＋Icfb
但し、クラッチを含む場合については、SIGteを参照して、クラッチをコントロールする。
【００２４】
上記のような制御手段により、冷凍サイクルにおける圧縮機の吐出容量が制御され、エバ出口空気温度が次のように制御される。つまり、上述した制御演算値をもとに、圧縮機吐出容量が以下のように制御される。
【００２５】
まず、ステップ１として、各必要データが読み込まれ、エバ出口空気温度目標値の上昇時、下降時に応じて、エバ出口空気温度目標応答指定手段により変数Ａ、Ｂが算出される。
【００２６】
次に、ステップ２として、エバ出口空気温度フィードフォワード制御入力予測手段によりエバ出口フィードフォワード制御入力(Icff)が算出される。
【００２７】
そして、ステップ３として、エバ出口空気温度応答目標値制御手段によりエバ出口空気温度応答目標値(Tef)が算出される。
【００２８】
次に、ステップ４として、エバ出口空気温度フィードバック制御入力演算手段によりエバ出口フィードバック制御入力(Icfb)が算出される。
【００２９】
そして、ステップ５として、エバ出口空気温度制御手段により、エバ出口フィードフォワード制御入力(Icff)と、エバ出口フィードバック制御入力(Icfb)を合算して、圧縮機容量制御信号(SIGte)を算出し、容量制御コントローラへの入力とする。
【００３０】
このように、簡素な制御系でありながら、制御対象出力（本実施態様ではエバ出口空気温度である。）の上昇、あるいは下降時において、それぞれ任意の異なる応答性を持つことで、オーバーシュートや、応答遅れなどがなく、所望の応答性で目標値への制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係る制御装置は、制御対象出力目標応答算出手段と、制御対象出力フィードバック演算手段と、フィードフォワード制御入力予測演算手段とを有するあらゆる制御装置に適用可能であり、とくに、車両用空調装置における、外部制御信号による容量可変圧縮機を有する冷凍サイクルの制御装置に適用して好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施態様に係る冷凍サイクル制御装置を備えた車両用空調装置の概略機器系統図である。
【図２】図１の装置の制御ブロック図である。
【図３】図１の装置の制御フロー図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  車両用空調装置
２  通風ダクト
３  内外気切替ダンパ
４  外気導入口
５  内気導入口
６  送風機
７  蒸発器
８  加熱器
９  エアミックスダンパアクチュエータ
１０  エアミックスダンパ
１１、１２、１３  ダンパ
１４、１５、１６  吹き出し口
１７  冷凍サイクル
１８  外部可変容量圧縮機
１９  凝縮器
２０  受液器
２１  膨張弁
２２  エンジン
２３  メインコントローラ
２４  蒸発器出口空気温度センサ
２５  車室内温度センサ
２６  外気温度センサ
２７  日射センサ
２８  エンジン回転数信号
２９  送風機用モータ
３０  クラッチコントローラ
３１  圧力スイッチ
【図１】
2005193749.tif 000003
【図２】
2005193749.tif 000004
【図３】
2005193749.tif 000005