(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収式冷凍機の運転をＰＩＤ制御し、操作量である高温再生器のバーナーの燃焼弁の開度を、最終的な設定温水から定められるその時々の目標水温と現在水温との偏差ｅを用い、偏差ｅ―時間の曲線における比例項、積分項、及び微分項の和によって定める吸収式冷凍機の制御方法において、
比例項に補正係数Ａを乗じ、積分項に補正係数Ｂを乗じ、微分項に補正係数Ｃを乗じ、これら補正係数Ａ、Ｂ、及びＣをそれぞれ現在水温と設定水温との関係から定め、比例項の補正係数Ａは、現在水温が設定水温より低い範囲では１以上の値であり、現在水温が低いほど大きく、積分項の補正係数Ｂは、現在水温が設定水温より低い範囲および設定水温より幾分高い範囲では１以上の値であり、現在水温が低いほど大きく、微分項の補正係数Cは、現在水温が設定水温の近傍では０であり、現在水温が設定水温より離れるに従って大きくなり、現在水温が設定水温より十分に離れると１になるように定めることを特徴とする吸収式冷凍機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、吸収式冷凍機の運転制御に関し、詳しくは、比例項、積分項、および微分項の和によって行われるＰＩＤ制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
吸収式冷凍機の運転制御は、高温再生器のバーナーの燃焼弁の開度を操作量として行われる。この操作量は、吸収式冷凍機が出力する例えば冷水の水温がフィードバックされて定められる。
【０００３】
仮に、その運転制御を図４に示すようなＯＮ／ＯＦＦ制御で行うものとすると、例えば設定水温７℃よりも現在水温が低ければ吸収式冷凍機はＯＦＦ（操作量Ｍは０％）であり、高ければＯＮ（操作量Ｍは１００％）である（同図（Ａ））。しかし、このようなＯＮ／ＯＦＦ制御を行うと、ほんの僅かの温度変化で短時間にＯＮ／ＯＦＦを繰り返してしまうチャタリング現象を生じ（同図（Ｂ））易く、吸収式冷凍機の寿命を極端に低下させてしまう。あるいはオーバーシュートやハンチングと呼ばれる現象を生じ易く、高精度の制御を行うことができない。
【０００４】
そこで、このようなＯＮ／ＯＦＦ制御の欠点を解消するため、図５に示すような比例制御が行われる。すなわち設定水温よりも現在水温が十分に高い範囲では操作量Ｍは１００％であり、十分に小さい範囲ではＭは０％である。そして、これら両範囲の間の範囲では、操作量Ｍを現在水温に比例させる。このとき、例えば現在水温が設定水温に一致するところで操作量Ｍが５０％となるように、比例線の位置を定める（同図（Ａ））。
【０００５】
この比例制御では、吸収式冷凍機の負荷が例えばＭの５０％である場合には十分な制御が行えるものの、負荷が５０％以外の場合にはオフセットと呼ばれる誤差が生じてしまう。その理由を説明すると、例えば負荷がＭの５０％であり安定した制御が行われている状態において、何らかの原因でこの負荷が５０％よりも大きくなると、燃焼弁の開度は開く方向に動く。そうすると水温は初めの設定値（たとえば７℃）よりも高いところで安定する。この誤差がオフセットと呼ばれる（同図（Ｂ））。
【０００６】
また、このような指令制御では、同図（Ｃ）に示すような外乱が発生した場合には、これを訂正する応答が遅れがちになる。その理由は、この比例制御は、制御結果すなわち冷水水温（すなわち出口温度）に対して訂正を行う動作をするためである。このように応答が遅れると、元の状態への戻りが送れるという欠点が生じる。
【０００７】
そこで、このような比例制御の欠点を解消するものとしてＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｉｎｇ、Ｉｎｔｅｇｒａｌ、Ｄｅｒｉｖａｔｉｖ）制御と呼ばれるものがある。この吸収式冷凍機におけるＰＩＤ制御は、次の式１に示すように、操作量Ｍである高温再生器のバーナーの燃焼弁の開度を、最終的な設定水温（たとえば７℃）から定められるその時々の目標水温と現在水温との偏差ｅ−を用いて定める。
【０００８】
【数１】
0003738103.tif 000002
Ｍ      ：操作量（％）
Ｐ      ：比例帯（℃）
Ｔｉ    ：積分時間（秒）
Ｔｄ    ：微分時間（秒）
τ      ：サンプリング時間（秒）
ｅｎ    ：ｎ番目の目標水温と現在水温の偏差
ｅｎ−１：ｎ−１番目の目標水温と現在水温の偏差
【０００９】
すなわち、操作量Ｍを、偏差ｅ−時間の直線における比例項、積分項、および微分項の和によって定める。
【００１０】
このため、積分項により、オフセット（図５（Ｂ）参照）によって生じる誤差を時間的に積分して訂正することができる。また微分項により、制御結果を待たずに、誤差が生じる時間的な傾き（微分）に比例した訂正を行うことができ、外乱に対し即座に応答し、早く元の状態に戻ることが可能となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＰＩＤ制御は、一般的にリニアな出力特性をもつ制御対象の場合には良好な制御性を得るが、吸収式冷凍機の場合は出力すなわち冷水水温（冷水出口温度）がリニアとはならない。特に、設定水温の冷水を、操作量Ｍをほぼ１００％の状態（定格出力ほぼ１００％の状態）で取り出すように設計されているため、現在水温が設定水温の付近にある場合には、操作量Ｍに余裕がなく制御性が悪くなってしまうものであった。すなわち、図３に示すように（Ａ）の場合も、（Ｂ）の場合も、燃焼量の操作量（弁操作量が並びに操作時間）は同一であるのに対し、ΔＴ１＜ΔＴ２、ΔＴｃ１＞ΔＴｃ２との二つが考えられる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、請求項１の発明は、吸収式冷凍機の運転をＰＩＤ制御し、操作量である高温再生器のバーナーの燃焼弁の開度を、最終的な設定水温から定められるその時々の目標水温と現在水温との偏差ｅを用い、偏差ｅ−時間の曲線における比例項、積分項、及び微分項の和によって定める吸収式冷凍機の制御方法において、比例項に補正係数Ａを乗じ、積分項に補正係数Ｂを乗じ、微分項に補正係数Ｃを乗じ、これら補正係数Ａ、Ｂ、及びＣをそれぞれ現在水温と設定水温との関係から定め、比例項の補正係数Ａは、現在水温が設定水温より低い範囲では１以上の値であり、現在水温が低いほど大きく、積分項の補正係数Ｂは、現在水温が設定水温より低い範囲および設定水温より幾分高い範囲では１以上の値であり、現在水温が低いほど大きく、微分項の補正係数Ｃは、現在水温が設定水温の近傍では０であり、現在水温が設定水温より離れるに従って大きくなり、現在水温が設定水温より十分に離れると１になるように定めることを特徴とする吸収式冷凍機の制御方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、更に、比例項の補正係数Ａは、現在水温が設定水温より低い範囲では１以上の値であり、現在水温が低いほど大きく、積分項の補正係数Ｂは、現在水温が設定水温より低い範囲および設定水温より幾分高い範囲では１以上の値であり、現在水温が低いほど大きく、微分項の補正係数Ｃは、現在水温が設定水温の近傍では０であり、現在水温が設定水温より離れるに従って大きくなり、現在水温が設定水温より十分に離れると１になるように定めることを特徴とする請求項１記載の吸収式冷凍機の制御方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図１、図２、および図３において説明する。
図１に示す冷凍式吸収機の制御ブロック図のように、温度センサ１により冷水の現在水温（冷水出口温度）が検出され入力部（インターフェース）３を介して取り込まれ、現在水温として温度メモリ５に格納される。また、予め最終的な設定水温が設定値メモリ７に格納される。演算部９においては、前記設定水温から定められるその時々の目標水温を演算し、目標水温と現在水温との偏差ｅを算出する。この偏差ｅ（時間の関数）による操作量Ｍの式２を演算する。また、この式２の中で使用される各係数Ａ、Ｂ、Ｃが図２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）によってそれぞれ定められる値として採用される。これら補正係数Ａ、Ｂ、Ｃの値は、図示しないテーブルまたは別の演算式から求められる。このように演算された操作量Ｍを出力部１１から出力し燃焼弁の開度が調節される。
【００１６】
【数２】
0003738103.tif 000003
Ｍ      ：操作量（％）
Ｐ      ：比例帯（℃）
Ｔｉ    ：積分時間（秒）
Ｔｄ    ：微分時間（秒）
τ      ：サンプリング時間（秒）
ｅｎ    ：ｎ番目の目標水温と現在水温の偏差
ｅｎ−１：ｎ−１番目の目標水温と現在水温の偏差
【００１７】
以下、この実施形態の制御操作について説明する。
先ず、この実施形態の制御動作は、一般的なＰＩＤ制御の制御動作特性をも有する。すなわち、図６（水温が高い側から制御を開始した状態を示す）に示すように、最終的な設定水温（この実施形態では７℃とする）からその時々の目標水温が定められる。このように目標水温がその時々で定められることにより、予め定められた曲線（例えば図６（Ａ）に示す１点鎖線）に沿って徐々に制御を行うことが可能である。図６（Ｂ）（Ｃ）において、この目標水温と現在水温との偏差をｅとする。
【００１８】
式２の中では、この偏差ｅは、実際には、極めて短い時間ごとに段階的に変化するのでｅｎと表現される。図６（Ｂ）（Ｃ）において、現在水温がほぼ設定水温に到達した状態では、設定水温と目標水温は一致する。
【００１９】
また、積分項（式２）はΣを用いて表現される。この積分項の働きにより、たとえば従来のようにオフセット（図５（Ｂ）参照）が生じた場合には、このオフセットを時間的に積分し、時間が経過するにしたがって操作量Ｍを動かしオフセット分を訂正する。これによりオフセットを防止でき、吸収式冷凍機の負荷がＭの５０％よりも例えば大きい場合であっても、設定水温７℃に正しく到達することができる。
【００２０】
また、微分項はｅｎとｅｎ−１の差を用いて表現され、外乱があった場合にはこの差の値を直ちに反映するので、即座に大きな操作量Ｍを得て元の制御状態に戻すことができる。
【００２１】
さて、一般的に吸収式冷凍機では、設定温度の冷水を操作量Ｍがほぼ１００％の状態（すなわち定格出力がほぼ１００％の状態）で取り出すよう設定されている。したがって図３（水温が高い側から制御を開始した状態を示す）に示すように、現在水温が設定水温付近にある場合に、操作量Ｍに余裕がなく、制御性が悪くなる。
【００２２】
しかし、この実施形態においては式２における補正係数Ａ、Ｂ、Ｃを図２に示すように定めることで、制御性が悪くなるのを防止している。
【００２３】
すなわち、比例項に乗じる補正係数Ａは、図２（Ａ）に示すように、現在水温が設定水温より低い範囲では、１以上の値である。そして、現在水温が低いほど大きくなるよう直線的に変化する。このように現在水温が設定水温より低い場合、補正係数Ａとして１以上の値を比例項に乗じることで、冷水水温の不必要な低下を防ぐことができる。
【００２４】
積分項に乗じる補正係数Ｂは、図２（Ｂ）に示すように、かつ現在水温が設定水温より低い範囲および設定水温より幾分高い範囲では１以上の値となる。且つ、現在水温が低いほど大きくなるよう変化する。この場合に、現在水温が設定水温より低い場合は、前述の比例項における補正係数Ａによる効果と同様の効果が得られる。また、現在水温が設定水温より幾分高い範囲では、一般的に吸収式冷凍機の能力が出づらいものであるが、この範囲で補正定数Ｂを１以上の値とすることにより、現在水温を速やかに設定水温に近付けることができる。
【００２５】
微分項に乗じる補正係数Ｃは、図２（Ｃ）に示すように、現在水温が設定水温の近傍では０である。また現在水温が設定水温より離れるにしたがって直線的に大きくなる。そして現在水温が設定水温より十分に離れると１になる。このように補正係数Ｃを定めるのは、一般的に吸収式冷凍機は瞬間的な出力の増減である外乱などに対して反応が鈍いため、現在水温が設定水温付近にある時には微分項を無視するためである。微分項を無視することにより、相対的に比例項や積分項などの働きを大きくすることができ、現在水温が設定水温付近にある状態でオフセットなどが生じるのをより積極的に防止できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の吸収式冷凍機の制御方法によれば、比例項の補正係数Ａ、積分項の補正係数Ｂ、微分項の補正係数Ｃにそれぞれ現在水温と設定水温との関係から定めることにより、現在水温が設定水温付近にある場合に、比例項、積分項、および微分項の重さを変え、設置温度付近での運転に適した制御に修正することができると共に、補正係数Ａを、現在水温が設定水温より低い範囲では１以上の値であり、現在水温が低いほど大きいものとすることにより、冷水温度が必要以上に低下するのを防ぐことができる。
【００２７】
また請求項２の発明によれば、更に、補正例数Ａを、現在水温が設定水温より低い範囲では１以上の値であり、現在水温が低いほど大きいものとすることにより、冷水温度が必要以上に低下するのを防ぐことができる。
【００２８】
また補正係数Ｂを、現在水温が設定水温より低い範囲および設定水温より幾分高い範囲では１以上の値であり、現在水温が低いほど大きいものとすることで、冷水水温が必要以上に低下するのを防ぎ、また、現在水温が設定水温より幾分高い範囲では一般に吸収式冷凍機の能力が出ずらいものであるが、補正係数Ｂを１以上の値とすることで現在水温を設定水温に速やかに近付けることができる。
【００２９】
また補正係数Ｃを、現在水温が設定水温での近傍では０であり、現在水温が設定水温より離れるにしたがって大きくなり、現在水温が設定水温より十分に離れると１になるように定めることで、元々吸収式冷凍機は瞬間的な出力の増減すなわち外乱に対して反応が鈍いことに鑑み、現在水温が設定水温付近にある時には、微分項を無視し、これにより積分項の重さを相対的に生かしオフセットなどに対する制御性を良くし、ひいては現在温度が設定温度付近にある時の制御性を良くできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の吸収式冷凍機の制御方法を示すためのブロック図である。
【図２】  （Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、この実施形態に係るＰＩＤ制御を行うための式に用いられる各補正係数Ａ、Ｂ、Ｃを示すグラフ図である。
【図３】  操作量Ｍと水温変化の関係を示す図で
（Ａ）は水温が設定水温から大きく離れている時のグラフ図、
（Ｂ）は水温が設定水温付近にある時のグラフ図である。
【図４】  従来のＯＮ／ＯＦＦ制御を示すもので
（Ａ）は操作量Ｍ−水温のグラフ図、
（Ｂ）は水温−時間のグラフ図である。
【図５】  従来の比例制御を示すもので
（Ａ）は操作量Ｍ−水温のグラフ図、
（Ｂ）は水温−時間のグラフでオフセットの発生を示す図、
（Ｃ）は水温−時間のグラフで外乱の発生を示す図である。
【図６】  吸収式冷凍機のＰＩＤ制御を示すもので
（Ａ）は操作量Ｍ−水温のグラフ図、
（Ｂ）は水温−時間のグラフ図、
（Ｃ）は（Ｂ）の要部を拡大するグラフ図である。
【符号の説明】
１  温度センサー
３  入力部
５  温度メモリ
７  設定値メモリ
９  演算部
１１出力部
【図１】
0003738103.tif 000004
【図２】
0003738103.tif 000005
【図３】
0003738103.tif 000006
【図４】
0003738103.tif 000007
【図５】
0003738103.tif 000008
【図６】
0003738103.tif 000009