运行控制装置及运行控制方法_2

文档序号:9756645阅读:来源:国知局
管7例如设置于制冷机4与栗5之间、栗5与空调机6 之间、空调机6与制冷机4之间,使冷冻水依次在制冷机4、栗5、空调机6中循环。冷冻水被栗5 赋予动力,在配管7中循环。冷冻水在制冷机4中被冷却后,在空调机6中与房间20的室内空 气进行热交换。之后,经热交换的冷冻水返回制冷机4并被再次冷却。
[0034] 控制对象系统2中设置有用于获取各种环境信息的探测器。制冷机4中例如设置有 用于获取外界空气温度的探测器、用于获取冷冻水入口 46处的冷冻水温度的探测器、用于 获取冷冻水出口 47处的冷冻水温度的探测器、和用于获取制冷机4的输入功率的探测器等。 栗5中例如设置有用于获取循环的冷冻水的流量的探测器、用于获取栗5的输入功率的探测 器等。
[0035] 空调机6中例如设置有用于获取吸入口 62处的空气温度及湿度的探测器、用于获 取吹出口 63处的空气温度及湿度的探测器、和用于获取空调机6的输入功率的探测器等。此 外,空调机6中还可以设置用于获取从吹出口 63吹出的空气风量的探测器。房间20中设置有 用于获取室内温度及湿度的探测器、和用于获取室外的外界空气温度及湿度的探测器。此 外,房间20中也可以设置有用于获取室内压力的探测器。
[0036]在制冷机4、栗5、空调机6及房间20中,各自设置有用于测定时间的计时器。各探测 器所获取的环境信息,与表示各环境信息的获取时间的时间信息一起,经由网络NW被发送 至运行控制装置1。
[0037] 回到图1,继续对运行控制系统10进行说明。运行控制装置1为基于从控制对象系 统2处获取的环境信息,对控制对象系统2的控制对象机器进行控制的装置。运行控制装置1 例如由服务器装置等信息处理装置构成。
[0038] 图3为示意性地表示运行控制装置1的硬件结构的图。如图3所示,运行控制装置1 在物理上由如CPU(Central Processing Unit)101、RAM(Random Access Memory)102、R0M (Read Only Mem〇ry)103、辅助存储装置104、通信装置105、输入装置106及输出装置107等 硬件构成。RAM102为主存储装置。辅助存储装置104例如为硬盘。通信装置105为数据收发装 置,例如网卡。输入装置106例如为鼠标、触控板及键盘等。输出装置107例如为显示器。 [0039]运行控制装置1通过将指定的电脑程序读入RAM102等硬件上,来基于CPUlOl的控 制而使通信装置105、输入装置106及输出装置107进行运作,同时,对RAM102及辅助存储装 置104中的数据进行读出及写入。由此,运行控制装置1得以实现其后述各功能。下面对运行 控制装置1的各功能进行说明。
[0040] 图4为示意性地表示运行控制装置1的功能结构的框图。如图4所示,运行控制装置 1具有环境信息收集部11、环境信息存储部12、模型存储部13、模型更新部14、功率消耗系统 构建部15、控制值计算部16(计算部)和控制值设定部17(设定部)。
[0041] 环境信息收集部11具有同时接收由设置于控制对象系统2的各种探测器等所获取 的环境信息及表示各环境信息的获取时间的时间信息的功能。环境信息收集部11例如以Tl 为周期从各种探测器处接收环境信息。周期Tl例如为1秒左右。环境信息收集部11使各环境 信息与表示各环境信息的获取时间的时间信息相对应并将其存储于环境信息存储部12。
[0042] 环境信息存储部12具有对通过环境信息收集部11接收的环境信息进行存储的功 能。环境信息存储部12使各环境信息与表示各环境信息的获取时间的时间信息相对应并对 其进行存储。
[0043]作为与制冷机4相关的环境信息,例如有外界空气温度、冷冻水入口 46处的冷冻水 的温度、冷冻水出口 47处的冷冻水的温度及制冷机4的输入功率等。作为与栗5相关的环境 信息,例如有通过栗5进行循环的冷却水的流量以及栗5的输入功率等。作为与空调机6相关 的环境信息,例如有吸入口 62处的空气的湿度及温度、以及吹出口 63处的空气的湿度及温 度等。此外,作为与空调机6相关的环境信息,也可以包含风量。作为与房间20相关的环境信 息,有室内的湿度、室内的温度及外界空气的温度。此外,作为与房间20相关的环境信息,也 可以包括室内的气压。
[0044]模型存储部13具有对事先准备的物理模型进行存储的功能。物理模型是表示各控 制对象机器及空调对象的房间等的指定的物理量的模拟模型。当物理量为不随时间变化的 固定值时,该物理模型不包含参数。当物理量随时间变化时,该物理模型包含参数。各参数 例如被模型更新部14定期地进行更新。在存储于模型存储部13中的物理模型中,例如含有 功率消耗模型和热模型。功率消耗模型,根据控制对象系统2所包含的每一种控制对象机器 而进行设定。热模型相对空调对象的房间20及空调机6而进行设定。下面对各模型进行详细 说明。
[0045](制冷机4的物理模型)
[0046]在制冷机4中,制冷剂被压缩机41压缩,压缩后的制冷剂通过冷凝器42与外界空气 进行热交换。在时刻t下,冷凝器42的热交换量由冷凝器42的热交换系数Q1、压缩机41的热 交换系数α 2、时亥Ijt下的制冷机4的输入功率(功率消耗)At和时亥Ijt下的外界气温temot决定。 热交换系数<^例如根据冷凝器42与外界空气的接触面积而定。此外,热交换系数CtLSa 2中的 任一个均大于0。即,在时刻t下,通过冷凝器42带走的制冷剂的热量由下述式(1)表示。 [0047][数学式1]
[0048] αχ X (〇2 X Aftemot)-- - (1)
[0049]
[0050] αχ ,α2>0
[0051] 在式(1)中,热交换系数α2与输入功率At的乘积表示经压缩机41压缩后的制冷剂的 温度。因此,在时刻t下,输入功率A t越大,则制冷剂变得越高温及高压。并且,由于制冷剂的 温度与外界气温tem〇t的差变大,因此热交换率也变大。另一方面,即使当时刻t下的外界气 温temot非常小时,也可以得到较高的热交换率。
[0052]经过冷凝器42后的制冷剂的热量,可以通过从进入冷凝器42之前的制冷剂的热量 中减去冷凝器42所带走的制冷剂的热量而求得。即,在时刻t下,经过冷凝器42后的制冷剂 的热量采用压缩机41的热交换系数β并由下述式(2)表示。
[0053] [数学式2]
[0054] βXAt-QiX (〇2XAt_tem〇t)···(2)
[0055] 式(2)中的第一项(热交换系数β与输入功率At的乘积)表示进入冷凝器42之前制 冷剂的热量。并且,进入压缩机41的制冷剂的热量由制冷剂的绝对量决定,因此,输入功率 At越大,则越多的制冷剂被压缩且热量也变得越大。
[0056]接下来,经冷凝器42进行热交换的制冷剂通过膨胀阀43而发生膨胀。制冷剂的量 越多,则膨胀阀43的开度Θ越大,以减小制冷剂的压力。由此。制冷剂的温度下降。即,在时刻 t下,经过膨胀阀43后的制冷剂的温度由下述式(3)来表示。
[0057] [数学式3]
[0058]
[0059] 通过整理式(3)能得到下述式(4)。
[0060][数学式4]
[0061] "?(4)
[0062]
[0063]
[0064]接下来,经膨胀阀43进行膨胀的制冷剂通过蒸发器44来与冷冻水进行热交换。该 热交换量由经膨胀阀43进行膨胀的制冷剂的温度(式(4))、冷冻水入口温度Iwit和蒸发器 44的热交换系数η决定。并且,冷冻水入口温度Iwi t为在时刻t下从冷冻水入口 46进入制冷 机4的冷冻水的温度。热交换系数τι由蒸发器44的材质、与冷冻水的接触面积及接触压力决 定。此外,接触压力由冷冻水的流量V t与制冷机的温度及压力决定。即,在时刻t下,通过蒸 发器44带走的冷冻水的热量由下述式(5)表示。
[0065][数学式5]
[0066]
"P)
[0067] 通过对式(5)进行变换可得到下述式(6)。
[0068] [数学式6]
[0069] …(6)
[0070] 式(6)表示在时刻t下,制冷机4与冷冻水之间进行热交换的热量。因此,通过在进 入制冷机4之前的冷冻水的热量中减去式(6 ),即可求得时刻t下的冷冻水出口温度I w 〇 t。 即,在时刻t下,冷冻水温度从冷冻水入口46的冷冻水入口温度Iwit到冷冻水出口47的冷冻 水出口温度Iwo t的变化由下述式(7)表示。
[0071] [数学式7]
[0072] …(7)
[0073] 对式(7)进行整理,以使冷冻水的冷冻量成为被解释变量,从而得到下述式(8)。
[0074] [数学式8]
[0075] …(8)
[0076]在此,理论上,输入功率At大于0意味着制冷机4正在运行。然而,考虑到探测器的 检测误差等因素,也可以附加输入功率At大于IkW这种条件。即,当输入功率At小于IkW时,可 以判断制冷机4不在运行中。在此情况下,冷冻水入口温度Iwi t与冷冻水出口温度Iwot相等。
[0077]根据式(8),可以得到制冷机4的如下运行特性。即,当外界气温temot、冷冻水的流 量Vt及冷冻水入口温度Iwit为固定值时,输入功率At越大,则冷冻水出口温度Iwo t越小。此 外,当输入功率At、冷冻水的流量Vt及冷冻水入口温度Iwit为固定值时,外界气温temot越 大,则冷冻水出口温度I wot越大。进一步,当冷冻水入口温度Iwi t、冷冻水出口温度Iwot及外 界气温temot为固定值时,冷冻水的流量V t变大,输入功率At也随之增加。并且,输入功率At 的增加为单调增加,并受限于制冷机4的能力范围。
[0078] 在式(8)中,冷冻水入口温度与冷冻水出口温度的差(Iwit-Iwot)、外界温度temot、 输入功率At及流量Vt等,可以通过设置于制冷机4的探测器来获取。因此,采用时刻t下的误 差可定义下述式(9)所表示的回归方程式。
[0079] [数学式9]
[0080] Δ Iwt = -Ki+K2 X Iwif Μ XZt+£t··· (9)
[0081] Δ Iwt = 4.2XVtX (Iwit-Iwot)
[0082] Κι = ηΧ γ
[0083] Κ2 = η
[0084] Κ3 = ηΧ ω
[0085]
[0086] 通过对式(9)进行整理,时间t下的制冷机4的输入功率At由下述式(10)表示。该式 (10)为制冷机4的功率消耗模型。式(10)满足制冷机4对冷冻水的冷却效果随着输入功率A t 的增大而递减的物理特性。
[0087] [数学式 10] _]
-(10)
[0089] (栗5的物理模型)
[0090] 在栗5中,时刻t下的冷冻水的流量Vt与时刻t下的栗5的输入功率(功率消耗)PAt之 间的关系具有以下特性。即,如果栗5的输入功率PA t的频率降低IHz,
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