(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、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、対応する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を入力とすると共に、対応する主制御部１−１〜１−ｎで算出された操作量を制御量入力として、調整操作量を算出する操作量調整制御部２−１〜２−ｎと、調整操作量に対して加重演算を行なうことにより調整操作量を合成して合成操作量を副制御系のアクチュエータに出力するセレクタ３を備える。セレクタ３の加重切換部３２は、エネルギー効率優先か制御性能優先かを示す指令信号を取得し、指令信号が指定する優先状況に対応して予め規定された加重に切換える。【選択図】  図１
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【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、
主制御系毎に設けられ、対応する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、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の操作量を制御量入力として、制御演算により第２の操作量を算出する複数の第２の制御演算手段と、
エネルギー効率優先か制御性能優先かを示す指令信号を外部から取得し、指令信号が指定する優先状況に対応して予め規定された加重に切換える加重切換手段と、
この加重切換手段により設定された加重を用い、前記複数の第２の制御演算手段によって算出された複数の第２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２の操作量を合成して第３の操作量を出力する合成手段と、
この合成手段から出力された第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、
さらに、前記複数の第２の制御演算手段によって算出された複数の第２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、
前記加重切換手段は、制御性能優先の指令信号を受信した場合は前記複数の第２の操作量の中の最大値あるいは最小値に加重を集中させ、エネルギー効率優先の指令信号を受信した場合は前記複数の第２の操作量の中の最大値あるいは最小値への加重の集中を緩和するものであり、
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２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２の操作量を合成するものであることを特徴とする協調動作装置。
【請求項３】
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、
この第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、
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、前記第１の制御演算ステップで算出した第１の操作量を制御量入力として、制御演算により第２の操作量を主制御系毎に算出する第２の制御演算ステップと、
エネルギー効率優先か制御性能優先かを示す指令信号を外部から取得し、指令信号が指定する優先状況に対応して予め規定された加重に切換える加重切換ステップと、
この加重切換ステップにより設定した加重を用い、前記第２の制御演算ステップで算出した複数の第２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２の操作量を合成して第３の操作量を得る合成ステップと、
この合成ステップで得られた第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４】
請求項３記載の協調動作方法において、
さらに、前記第２の制御演算ステップで算出した複数の第２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、
前記加重切換ステップは、制御性能優先の指令信号を受信した場合は前記複数の第２の操作量の中の最大値あるいは最小値に加重を集中させ、エネルギー効率優先の指令信号を受信した場合は前記複数の第２の操作量の中の最大値あるいは最小値への加重の集中を緩和するものであり、
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２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２の操作量を合成する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５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６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複数のアクチュエータの組合せ方は、必ずしも１個ずつの合計２個とは限らない。例えば図７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７の構成は、温度制御という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、問題なく成り立つ実装方法である。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、主制御系毎に設けられ、対応する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、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の操作量を制御量入力として、制御演算により第２の操作量を算出する複数の第２の制御演算手段と、エネルギー効率優先か制御性能優先かを示す指令信号を外部から取得し、指令信号が指定する優先状況に対応して予め規定された加重に切換える加重切換手段と、この加重切換手段により設定された加重を用い、前記複数の第２の制御演算手段によって算出された複数の第２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２の操作量を合成して第３の操作量を出力する合成手段と、この合成手段から出力された第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構成例は、さらに、前記複数の第２の制御演算手段によって算出された複数の第２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、前記加重切換手段は、制御性能優先の指令信号を受信した場合は前記複数の第２の操作量の中の最大値あるいは最小値に加重を集中させ、エネルギー効率優先の指令信号を受信した場合は前記複数の第２の操作量の中の最大値あるいは最小値への加重の集中を緩和するものであり、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２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２の操作量を合成するものである。
【００１２】
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、この第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、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、前記第１の制御演算ステップで算出した第１の操作量を制御量入力として、制御演算により第２の操作量を主制御系毎に算出する第２の制御演算ステップと、エネルギー効率優先か制御性能優先かを示す指令信号を外部から取得し、指令信号が指定する優先状況に対応して予め規定された加重に切換える加重切換ステップと、この加重切換ステップにより設定した加重を用い、前記第２の制御演算ステップで算出した複数の第２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２の操作量を合成して第３の操作量を得る合成ステップと、この合成ステップで得られた第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】
【００１３】
本発明によれば、望ましい平衡点を示す操作量設定値と第１の制御演算手段によって算出された第１の操作量に基づいて第２の操作量を算出し、第２の操作量を合成して第３の操作量を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。また、本発明では、第２の操作量の合成に用いる加重を、エネルギー効率優先か制御性能優先かを示す指令信号に応じて切換えることにより、状況に応じた第２の操作量の最適な選択を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【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】本発明の第２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５】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６】従来の制御装置の構成を示すブロック図である。
【図７】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】
【００１５】
［発明の原理］
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とは限らない対象を想定して、まず特許文献１に開示された処理（操作量の調整）を各主制御系に適用（副制御系の処理としても適用）し、その後で各主制御系における操作量の調整結果である副制御系における各操作量をセレクタにより合成することを、基本原理とする。この基本原理によれば、複数の主制御の動特性が各々で大きく異なる場合でも、主制御系の操作量を調整する副制御系の各動特性演算部分を個別調整することで対応できる。基本原理によれば、平衡点条件の優先度の高い副制御系における各操作量を選択するセレクタを備えることで、安定した副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。
【００１６】
発明者は、以上のような基本原理に基づき、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適用できる協調動作装置および方法を提案した（特願２０１３−０１８１１５）。この特願２０１３−０１８１１５で提案した協調動作装置および方法では、各主制御系における操作量の調整結果である複数の操作量をセレクタが合成しようとする際に、合成しようとする複数の操作量を小さい順あるいは大きい順に並び替え、並び替えた複数の操作量に対して加重平均演算を行なったり、合成しようとする複数の操作量のうち最小値あるいは最大値を選択する加重演算を行なったりしているが、いずれの場合もセレクタが行なう加重演算の加重を固定的なものとして扱っている。しかし、状況に応じて操作量の最適な選択が異なることもあり、セレクタのさらなる改善が求められている。
【００１７】
本発明では、マルチループ制御系において平衡点を調整することの意義を踏まえて、セレクタが可変的（時変的）に自動調整されるようにしたことを特徴とする。
平衡点を調整する、特許文献１の技術の意義は、エネルギー効率を改善しながらも、制御性能を維持しようとするところにある。その場合、エネルギー効率と制御性能との重要性の優先順位に応じて、調整されるべき状況が変化することになる。例えば空調制御への適用においてデマンドレスポンスの対象であれば、電力逼迫時にはエネルギー効率の優先順位が高くなる。
【００１８】
したがって、セレクタについては大小関係に応じた加重とし、エネルギー効率と制御性能との重要性の優先順位に応じて、セレクタの加重を可変的（時変的）に自動調整するものとする。具体的には、例えば電力逼迫時はエネルギー効率優先として、各主制御系の操作量ＭＶ＿Ａｉが下がるように変化させ、電力逼迫時以外は制御性能優先として、各主制御系の操作量ＭＶ＿Ａｉが上がるように変化させればよい。セントラル空調システムに適用する場合の冷房時であれば、電力逼迫時は主制御系の操作量ＭＶ＿Ａｉである給気風量を下げるために調整操作量ＭＶ＿Ｂｉである給気温度を下降させるように加重を操作し、電力逼迫時以外は基準加重（標準的な設計荷重）を採用する。
【００１９】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。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、主制御部１−１〜１−ｎ毎に設けられたｎ個の操作量調整制御部２−１〜２−ｎと、セレクタ３とから構成される。
【００２０】
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。
【００２１】
各操作量調整制御部２−ｉは、それぞれ対応する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＿Ｂｉを入力する操作量設定値入力部２０−ｉと、主制御部１−ｉ毎に設けられた操作量取得部２１−ｉと、操作量設定値ＳＰ＿Ｂｉと操作量ＭＶ＿Ａｉに基づいて調整操作量ＭＶ＿Ｂｉ（第２の操作量）を算出する調整制御演算部２２−ｉ（第２の制御演算手段）と、調整制御演算部２２−ｉによる調整操作量ＭＶ＿Ｂｉをセレクタ３に出力する調整操作量出力部２３−ｉとを備えている。
【００２２】
セレクタ３は、操作量調整制御部２−ｉ毎に設けられた調整操作量取得部３０−ｉと、ｎ個の調整操作量ＭＶ＿Ｂｉを小さい順あるいは大きい順に並び替える整列部３１と、エネルギー効率優先か制御性能優先かを示す指令信号を外部から取得し、指令信号が指定する優先状況に対応して予め規定された加重に切換える加重切換部３２と、加重切換部３２により設定された加重を用い、整列部３１によって並び替えられた調整操作量ＭＶ＿Ｂｉに対して加重演算（加重平均演算）を行なうことにより調整操作量ＭＶ＿Ｂｉを合成する合成部３３と、合成部３３による合成操作量ＭＶ＿ＢＳ（第３の操作量）を副制御系のアクチュエータに出力する合成操作量出力部３４（第２の操作量出力手段）とを備えている。
【００２３】
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２−１〜２−４とセレクタ３とアクチュエータ５とが副制御系を構成している。
【００２４】
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７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）。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
次に、調整されるべき平衡点を示す操作量設定値ＳＰ＿Ｂｉ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２０−ｉを介して調整制御演算部２２−ｉに入力される（図３ステップＳ１０４）。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しているとは限らない場合を想定している。
【００２８】
各操作量調整制御部２−ｉの操作量取得部２１−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Ｓ１０５）。
続いて、各操作量調整制御部２−ｉの調整制御演算部２２−ｉは、操作量設定値ＳＰ＿Ｂｉと操作量ＭＶ＿Ａｉに基づいて、以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って調整操作量ＭＶ＿Ｂｉを算出する（図３ステップＳ１０６）。
ＭＶ＿Ｂｉ＝（１００／ＰＢ＿Ｂｉ）｛１＋（１／ＴＩ＿Ｂｉｓ）＋ＴＤ＿Ｂｉｓ｝
×（ＳＰ＿Ｂｉ−ＭＶ＿Ａｉ）                        ・・・（２）
式（２）において、ＰＢ＿Ｂｉは比例帯、ＴＩ＿Ｂｉは積分時間、ＴＤ＿Ｂｉは微分時間、ｓはラプラス演算子である。なお、式（２）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＿Ｂｉと微分時間ＴＤ＿Ｂｉにより、個別に動特性を調整可能になる。
【００２９】
各操作量調整制御部２−ｉの調整操作量出力部２３−ｉは、調整制御演算部２２−ｉによって算出された調整操作量ＭＶ＿Ｂｉをセレクタ３に出力する（図３ステップＳ１０７）。操作量設定値入力部２０−ｉと操作量取得部２１−ｉと調整制御演算部２２−ｉと調整操作量出力部２３−ｉとは操作量調整制御部２−ｉ毎に設けられているので、ステップＳ１０４〜Ｓ１０７の処理は操作量調整制御部２−ｉ毎に個別に実施されることになる。
【００３０】
次に、セレクタ３の各調整操作量取得部３０−ｉは、それぞれ対応する操作量調整制御部２−ｉの調整操作量出力部２３−ｉから調整操作量ＭＶ＿Ｂｉを取得する（図３ステップＳ１０８）。
セレクタ３の整列部３１は、調整操作量ＭＶ＿Ｂｉを小さい順あるいは大きい順に並び替えて、並び替え後の調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊ（ｊ＝１〜ｎ）を得る（図３ステップＳ１０９）。
【００３１】
セレクタ３の加重切換部３２は、エネルギー効率優先か制御性能優先かを示す指令信号を外部から取得し、指令信号が指定する優先状況に対応して予め規定された加重αｊ（ｊ＝１〜ｎ）に切換える（図３ステップＳ１１０〜Ｓ１１２）。例えば、電力逼迫時以外は制御性能優先の指令信号が外部から送信される。加重切換部３２は、制御性能優先の指令信号を受信した場合、制御性能優先の状況に対応した基準加重αｊ（標準的な設計荷重）に切換える（ステップＳ１１１）。
【００３２】
具体的には、加重切換部３２は、調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの中の最大値に１００％の加重を集中させる（調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの最大値に対する加重αｊを１．０、その他の調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊに対する加重αｊを０）。あるいは、加重切換部３２は、調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの中の最小値に１００％の加重を集中させるようにしてもよい（調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの最小値に対する加重αｊを１．０、その他の調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊに対する加重αｊを０）。このように、加重の集中とは、加重αｊ（ｊ＝１〜ｎ）のうちの一部の加重を他の加重よりも大きくすることを言う。なお、加重αｊ（ｊ＝１〜ｎ）の合計は常に１．０である。
【００３３】
電力逼迫時はエネルギー効率優先の指令信号が外部から送信される。加重切換部３２は、エネルギー効率優先の指令信号を受信した場合、エネルギー効率優先の状況に対応した加重αｊに切換える（ステップＳ１１２）。具体的には、加重切換部３２は、制御性能優先の状況で調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの中の最大値に１００％の加重を集中させる場合、エネルギー効率優先の状況では、調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの中の最大値への加重の集中を緩和する（調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの最大値に対する加重αｊを０．５、最大値の次に大きい調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊに対する加重αｊを０．５、その他の調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊに対する加重αｊを０）。
【００３４】
また、加重切換部３２は、制御性能優先の状況で調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの中の最小値に１００％の加重を集中させる場合、エネルギー効率優先の状況では、調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの中の最小値への加重の集中を緩和する（調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの最小値に対する加重αｊを０．５、最小値の次に小さい調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊに対する加重αｊを０．５、その他の調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊに対する加重αｊを０）。このように、加重の集中の緩和とは、各加重の差を小さくすることを言う。
【００３５】
協調動作装置のセレクタ３に対して指令信号を出力する手段としては、例えば電力デマンドレスポンス管理のためのデマンドコントローラなどがある。
【００３６】
合成部３３は、加重切換部３２により設定された加重αｊを用い、整列部３１によって並び替えられた調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊ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＿ＢＳを得る（図３ステップＳ１１３）。これにより、合成部３３は、実質的に調整操作量ＭＶ＿Ｂｉを選択的に合成する。
【００３７】
【数１】
2016012251.tif 000003
【００３８】
例えば、整列部３１が調整操作量ＭＶ＿Ｂｉを大きい順に並び替えたとして、加重切換部３２が制御性能優先時に最も大きい調整操作量ＭＶ＿ＢＸ１に対する加重α１を１．０、その他の調整操作量ＭＶ＿ＢＸ２〜ＭＶ＿ＢＸｎに対する加重α２〜αｎを０とすれば、合成部３３は、制御性能優先時に最大値選択部として機能する。エネルギー効率優先時には、加重切換部３２は、最も大きい調整操作量ＭＶ＿ＢＸ１に対する加重α１を０．５、次に大きい調整操作量ＭＶ＿ＢＸ２に対する加重α２を０．５、その他の調整操作量ＭＶ＿ＢＸ３〜ＭＶ＿ＢＸｎに対する加重α３〜αｎを０とする。
【００３９】
また、整列部３１が調整操作量ＭＶ＿Ｂｉを小さい順に並び替えたとして、加重切換部３２が制御性能優先時に最も小さい操作量ＭＶ＿ＢＸ１に対する加重α１を１．０、その他の調整操作量ＭＶ＿ＢＸ２〜ＭＶ＿ＢＸｎに対する加重α２〜αｎを０とすれば、合成部３３は、制御性能優先時に最小値選択部として機能する。エネルギー効率優先時には、加重切換部３２は、最も小さい調整操作量ＭＶ＿ＢＸ１に対する加重α１を０．５、次に小さい調整操作量ＭＶ＿ＢＸ２に対する加重α２を０．５、その他の調整操作量ＭＶ＿ＢＸ３〜ＭＶ＿ＢＸｎに対する加重α３〜αｎを０とする。
【００４０】
合成操作量出力部３４は、合成部３３によって算出された合成操作量ＭＶ＿ＢＳを副制御系のアクチュエータ５に出力する（図３ステップＳ１１４）。
以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１１４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Ｓ１１５においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。
【００４１】
以上のように、本実施の形態では、望ましい平衡点を示す操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂｎと主制御部１−１〜１−ｎによって算出された操作量ＭＶ＿Ａ１〜ＭＶ＿Ａｎとに基づいて調整操作量ＭＶ＿Ｂ１〜ＭＶ＿Ｂｎを算出し、調整操作量ＭＶ＿Ｂ１〜ＭＶ＿Ｂｎを合成して合成操作量ＭＶ＿ＢＳを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。また、本実施の形態では、調整操作量ＭＶ＿Ｂ１〜ＭＶ＿Ｂｎの合成に用いる加重αｊを、エネルギー効率優先か制御性能優先かを示す指令信号に応じて切換えることにより、状況に応じた調整操作量ＭＶ＿Ｂ１〜ＭＶ＿Ｂｎの最適な選択を実現することができる。
【００４２】
本実施の形態では、加熱と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。また、本実施の形態では、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に限らず、平衡点が異なるマルチループ制御系にも適用することができる。
【００４３】
［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４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。
【００４４】
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。
【００４５】
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、セレクタ３から出力される合成操作量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、個別の操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４、すなわち調整対象の平衡点になる。操作量設定値ＳＰ＿Ｂ１〜ＳＰ＿Ｂ４は例えば１０ｍ3／ｍｉｎ．である。
【００４６】
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＿Ｂ１〜ＭＶ＿Ｂ４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＿Ｂ１〜ＭＶ＿Ｂ４である給気温度を下降させる必要がある。したがって、各操作量調整制御部２−１〜２−４の調整制御演算部２２−１〜２２−４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。
【００４７】
図４のセントラル空調システムは、電力デマンドレスポンス管理のためのデマンドコントローラ（不図示）と接続されており、デマンド対応が空調システムに必要なとき（電力逼迫時）は、エネルギー効率優先であることを示す指令信号が、デマンドコントローラからセレクタ３の加重切換部３２に送られる。電力逼迫時以外のときは、制御性能優先であることを示す指令信号がデマンドコントローラから加重切換部３２に送られる。ただし、制御性能優先ではあっても、平衡点の調整自体は省エネルギーを行なうための技術であることに変わりはない。
【００４８】
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、対応する調整操作量ＭＶ＿Ｂ１〜ＭＶ＿Ｂ４が最大値（最高の給気温度）を示すものである。よって、加重切換部３２は、電力逼迫時以外は基準加重（標準的な設計荷重）αｊ（ｊ＝１〜４）の設定、すなわち並び替え後の調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの最大値に対する加重αｊを１．０、その他の調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊに対する加重αｊを０とする設定を行なうことにより、セレクタ３に、４個の調整操作量ＭＶ＿Ｂ１〜ＭＶ＿Ｂ４のうちの最大値を選択させて合成操作量ＭＶ＿ＢＳとして出力させる。この場合、４個の主制御系の中で、最も風量が少なくなる系統（調整操作量ＭＶ＿Ｂｉが最大値を示していた系統）の給気風量が１０ｍ3／ｍｉｎ．になり、他の系統の給気風量は原則として１０ｍ3／ｍｉｎ．以上になる。したがって、平衡点の調整による省エネルギーを実現できてはいるが、エネルギー効率優先ではなく、制御性能優先の状況になる。
【００４９】
一方、加重切換部３２は、電力逼迫時は調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの最大値への加重の集中を緩和する設定、すなわち並び替え後の調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊの最大値に対する加重αｊを０．５、最大値の次に大きい調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊに対する加重αｊを０．５、その他の調整操作量ＭＶ＿ＢＸｊに対する加重αｊを０とする設定を行なう。この場合、４個の主制御系の中で、最も風量が少なくなる系統の給気風量と次に少なくなる系統の給気風量の平均が１０ｍ3／ｍｉｎ．になる。すなわち、給気風量が少ない省エネルギー側にシフトする。これら以外の系統の給気風量も、同様に給気風量が少ない省エネルギー側にシフトする。ゆえにエネルギー効率優先の状況になる。
【００５０】
なお、第１、第２の実施の形態では、加重切換部３２による加重切換を２段階としているが、これに限るものではなく、第１、第２の実施の形態よりも細かくしてもよい。つまり、優先順位が変化する段階を３段階あるいはそれ以上にしても構わない。
【００５１】
第１、第２の実施の形態で説明した協調動作装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、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２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】
【００５２】
本発明は、マルチループ制御系に適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１−１〜１−ｎ…主制御部、２−１〜２−ｎ…操作量調整制御部、３…セレクタ、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…操作量設定値入力部、２１−１〜２１−ｎ…操作量取得部、２２−１〜２２−ｎ…調整制御演算部、２３−１〜２３−ｎ…調整操作量出力部、３０−１〜３０−ｎ…調整操作量取得部、３１…整列部、３２…加重切換部、３３…合成部、３４…合成操作量出力部。
【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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