JPS63222917A - 冷凍サイクル制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、空調装置に用いられる冷凍サイクルの制御装
置に関し、特に冷却能力が連続的に可変に構成された冷
凍サイクルの制御装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、例えば車両用空調装置にあっては、冷媒圧縮
式冷凍サイクルが用いられている。この冷凍サイクルの
制御としては、冷房負荷に応じて冷媒圧縮機への動力の
伝達を断続するものが一般的であった。このような圧縮
機の断続制御では、動力損失が大きく、空調フィーリン
グも悪いため、可変容量型の冷媒圧縮機が多く提案され
ている。

このものでは、冷房負荷に応じて、圧縮機の容量を調節
し、動力損失が大巾に低減され、空調フィーリングも向
上する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このような可変容量型冷媒圧縮機に代表される
冷凍サイクルの能力調節装置を用いても、従来の比例、
積分、微分、あるいはこれらの組み合わせによる制’＋
ｎでは動力損失、冷房フィーリングとも十分な効果が得
られるとはいえなかった。

そこで本発明は、冷凍サイクルの制御装置に、現代制御
理論を適用し、この制御装置を付加積分型最適レギュレ
ータとして構成することにより、冷凍サイクルの稼動に
伴う動力損失のさらなる低減と、空調フィーリングのさ
らなる向上とを目的としてなされたものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前述の目的を達成するために、第１図に示す
如き構成の冷凍サイクル制御装置を採用する。

すなわち、下流側が車室に連通ずる通風路に設けられ、
この通風路中の空気を車室に送出する送風機と、 前記通風路中に配設され、冷凍サイクルを循環する冷媒
を蒸発させることにより、前記送風機により送風される
空気を冷却する冷却器と、前記冷凍サイクルに設けられ
、前記冷却器の冷却能力を調節する冷却能力調節装置と
、前記冷却能力に関連する物理量を検出する物理量検出
手段と、 前記物理量の目標値を設定する目標設定手段と、前記送
風機による送風量を検出する送風量検出手段と、 前記送風量検出手段により検出された送風量に基づいて
、前記冷却能力調節装置の調節量を制御入力とし、前記
物理量を制御出力とする前記冷凍サイクルの動的モデル
を設定するモデル設定手段と、 前記物理量検出手段にて検出された検出物理量と前記目
標設定手段にて設定された目標物理量との偏差を累積し
、累積偏差を出力する偏差累積手段と、 前記モデル設定手段で設定される動的モデルに基づいて
、前記検出物理量と前記累積偏差とから前記調節量を演
算する制御量演算手段とを備えるという技術的手段を採
用する。

［作用］ 本発明による冷凍サイクル制御装置は、付加積分型最適
レギュレータとして構成され、作用する。

すなわち、制御出力の目標値が変化するサーボ系として
の定常偏差を除去するために、制御出力と目標値との累
積偏差を偏差累積手段Ｍ８が演算する。そして、これら
の制御出力と累積偏差とに基づいて、制２Ｂ量演算手段
Ｍ９が制御入力である目標調節量を演算するのである。

さらに、冷凍サイクルの動的モデルは、送風量検出手段
Ｍ６により検出された送風量に基づいて、モデル設定手
段Ｍ７により設定される。そして、このモデル設定手段
Ｍ７で設定された動的モデルに基づいて、制御量演算手
段Ｍ９とが作動する。

この付加積分型最適レギュレータでは、冷凍サイクルの
動的モデルに基づいて制御系が構成される。

このような付加積分型最適レギュレータの構成にあたっ
ては、この動的モデルが、制御性の良否に大きな影響を
与えることが知られている。

この動的モデルは、冷凍サイクルの制御入力と制御出力
との挙動が線形と見做し得る範囲で仮定されるものであ
るので、この線形と見做し得る範囲外では、このモデル
に基づいて設計された付加積分型最適レギュレータでは
、最適な制御ができなくなる。

そこで本発明では、冷凍サイクルの挙動の線形性を変化
させる量として、熱交換器の通過風量に着目し、冷凍サ
イクルの挙動を線形と見做し得る範囲をこの通過風量に
応じて定め、この範囲毎の複数の動的モデルを設定する
と共に、これらの動的モデルに応じて付加積分型最適レ
ギュレータを設計し、風量検出手段が検出する検出風量
に応じて動的モデルを切り替えるようにしている。

これにより、付加積分型最適レギュレータとしての制御
特性が切り替わり、風量が変化しても、この変化に応動
して最適な制御が維持される。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した実施例を説明する。

まず、この実施例の構成を図面に基づいて説明する。こ
の実施例は、車両用の空気調和装置に用いられる蒸気圧
縮式冷凍サイクルの制御装置に本発明を適用したもので
ある。

第２図に車両用空調制御装置の構成を示す。車室１の空
気調和を行なう車両用空調装置（以下、エアコンと述べ
る。）２は以下の構成を備える。

３は車両用空調装置２の通風ダクト、４は車室１と連通
された内気取入口、５は車室外と連通された外気取入口
である。６は内気取入口４か外気取入口５かのいずれか
を選択する内外気切換ダンパであり、図示の位置では内
気モード、破線で示す位置で外気モードとなる。７はダ
クト３内に外気もしくは内気を吸い込み、車室１へ向っ
て送風するブロワであり、ブロワモータ７ａとブロワフ
ァン７ｂとからなる。

８は冷凍サイクルであり、８ａはエバポレータ、８ｂは
可変容量コンプレッサ、８Ｃはコンデンサ、８ｄはレシ
ーバ、８ｅはエキスパンションバルブ、８ｆはマグネッ
トクラッチである。なお、エキスパンションバルブ８ｅ
の開度は、エバポレータ８ａの出口温度を図示せぬ感温
筒で検出して、この感温筒内部のガス圧で制御される。

この冷凍サイクル８の中を冷媒が循環して熱交換をする
。可変容量コンプレッサ８ｂで圧縮された高温高圧の冷
媒ガスは、コンデンサ８Ｃで冷却液化され、レシーバ８
ｄで気液分Ｍされ、エキスパンションバルブ８ｅで霧化
され、エバポレータ８ａで気化して、エバポレータ８ａ
の熱を奪う。エバポレータ８ａで気化したガス状の冷媒
は再び可変容量コンプレッサ８ｂに吸い込まれ、エバポ
レータ８ａ表面で空気から熱を奪い、コンデンサ８０表
面の空気に熱を捨てるという冷凍サイクルを繰り返す。

９は加熱装置で、ヒータコア９ａ、温水源９ｂ。

ウォータバルブ９ｃから成り、温水源９ｂから供給され
る温水によって、ヒータコア９ａを通過する空気を加熱
する。この温水源９ｂは、車両の動力源となるエンジン
であり、その冷却水を温水として利用する。１０は、エ
アミックスダンパで、エバポレータ８ａで冷却された空
気のうち、ヒータコア９ａを通過する空気の量を調節す
ることによって、ヒータコア９ａより下流、すなわち車
室に吹き出される空気の温度を調節する。

１１はマイクロコンピュータから成る制御装置で、従来
より一般的な構成であるＣＰＵ、ＲＯＭ。

ＲＡＭ、Ｉ１０ボート、およびこれらを電気的に接続す
るバスなどから成る。この制御装置１１は以下に述べる
各種センサおよび入力装置から信号が入力され、各種ア
クチュエータに駆動信号を出力する。

１２は車室外に設けられる外気温センサ、１３はエバポ
レータ後方の空気温度を検出するエバ後センサ、１４は
車室内に設けられる内気温センサ、１５は車室内に設け
られる日射センサ、１６は温水源に設けられる水温セン
サである。１７は、車室内の目標温度を設定する温度設
定器、１８はエアコン２の作動、停止や、風量、内外気
などのモードを指定する各種スイッチである。

１９は内外気切換ダンパ６を駆動する内外気切換サーボ
モータ、２０はブロワ７のブロワモータ７ａの回転数を
調節する調速回路である。２１は可変容量コンプレッサ
８ｂの可変容量機構を作動させる可変容量アクチュエー
タ、２２はエアミックスダンパ１０を駆動するエアミッ
クスサーボモ−タ、２３はウォータバルブ９を作動させ
ろウォータバルブサーボモータである。

次に、本発明の要旨である冷凍サイクル８と、これを制
御する制御装置１１の構成をさらに詳しく説明する。

第３図は、冷凍サイクル８の構成と、制御装置１１の制
御系の構成とを示す構成図である。この第３図の冷凍サ
イクル８には、エキスパンションバルブ８ｅの開度を調
節する感温筒８ｇを図示する。

この実施例では、制御系は冷凍サイクル８のエバポレー
タ８ａ直後の空気温度Ｔ、を制御する付加積分型最適レ
ギュレータとして構成される。

第３図に図示するように付加積分型最適レギュレータは
、目標温度ＴＥ”が与えられて作動するが（Ｐｉ）、非
線形な冷凍サイクル８の振舞いを線形近似するため、冷
凍サイクルの動作範囲を線形近似が成立すると見做し得
るいくつかの範囲に区分し、この区分内の定常点Ｔ　ｅ
　ａ　、　Ｖ　ａからの摂動骨δＴｔ、δ■として各制
御量を扱うよう構成されている（Ｐ４．Ｐｉ）。

また、付加積分型最適レギュレータは、状態変数量Ｘを
、上記摂動骨δＴＥ、　　δＶに基づいて推定すると共
に（Ｐ５）、目標温度Ｔ１と実際の温度Ｔ、との偏差Ｓ
Ｔｔの累積ＺＴ、を求め（Ｐ２゜Ｐ３）、累積値ＺＴＥ
によって状態変数量Ｘを拡大し、これに予め定められた
最適フィードバックゲインＦを乗じることにより、圧縮
機の容量■のフィードバック制御量（ここでは定常点か
らの摂動骨δ■）を定める（Ｐ６）。従って、冷凍サイ
クル８には、この摂動骨δ■に定常点の値Ｖａを加えた
制御量■が出力される（Ｐｉ）。

また、冷凍サイクル８の運転状態、この実施例ではエバ
ポレータ８ａの通過風量に基づき、フィードバックゲイ
ンと、オブザーバのパラメータと、各定常点とを切り換
える（Ｐ８）。

次に、上述した付加積分型最適レギュレータの設計手順
について説明する。

（イ）制御系のモデリング 制御系、ここでは冷凍サイクル８のエバポレータ８ａ直
後の空気温度を制御する系の振舞いを、状態方程式、出
力方程式を用いて、 Ｘ（ｋ）＝Ａ−Ｘ（ｋ−１）＋Ｂ−ｕ（ｋ−１）　　−
−”（１）ｙ　（ｋ）　＝　Ｃ−Ｘ（ｋ）　　　　　　
　　　　・・・・・・・・・（２）として記述する。尚
、式（１）、　（２）においてＸ　（ｋ）は冷凍サイク
ル８の状態変数量を、ｕ　（ｋ）は冷凍サイクル８の制
御入力諸量（本実施例では冷凍サイクル８の圧縮機容量
Ｖ）を、ｙ　（ｋ）は冷凍サイクル８の制御出力として
のエバ後温度Ｔ６を、添字にはサンプリング回数を、各
々表している。第４図は１人力ｌ出力の系として動作し
ている冷凍サイクル８の系を伝達関数Ｇ　（ｚ）により
書き表したブロンク線図である。尚、２は入出力信号の
サンプル値の２変換を示し、Ｇ　（ｚ）は適当な次数を
もつものとする。

本実施例の冷凍サイクル８のように、物理的なモデルを
定めることが極めて困難な場合には、システム同定と呼
ばれる一種のシミュレーションにより伝達関数Ｇ　（ｚ
）を求めることができるが、ここでは最小２乗法により
同定する。

冷凍サイクル８を所定の運転状態で定常運転し、圧縮機
容量の変化分δ■としての適当な試験信号を加え、その
時の入力δＶと、出力であるエバ後温度の変化分δＴ、
のデータとをＮ回に亘ってサンプリングする。これを入
力のデータ系列（ｕ　（ｉ）　）＝（δＶｉ）、出力の
データ系列（ｙ（ｉ））＝（δＴ！ｉ）（但し、ｉ＝１
．２，３．　　・−−−−−Ｎ）と表す。この時、系は
１人力１出力と見做すことができ、系の伝達関数Ｇ　（
ｚ）は、 Ｇ　（ｚ）　−Ｂ　（ｚ−’）　／　Ａ　（ｚ−’）　
　　　　　−−−（３）即ち、 Ｇ（ｚ）＝　（ｂｏ＋　ｂ　、　・ｚ−’＋−＋　ｂ、
　・ｚ−”）　／（Ｌ＋ａ、・ｚ−’＋ａ２・ｚ−”＋
−・＋ａｌ、−２−ｆｉ）　　　　　　　　　　　　　
・・・・・・・・・（４）で求められる。尚、ここで、
ｚ　−１は単位推移演算子であって、ｚ−’−Ｘ　（ｋ
）　＝　Ｘ　（ｋ−１）を意味している。

人出力のデータ系列（ｕ（ｉ））　、　　０’（ｉ）ｌ
から式（４）のパラメータａ、〜ａｎ＋　　ｂｏ〜ｂｎ
を定めれば系の伝達関数Ｇ　（ｚ）が求められる。最小
２乗法によるシステム同定では、このパラメータａＩ　
”’　”　１％　＋ｂ　、　−ｂ　、を ｙ（ｋ−ｎ））（ｂｃ＋・ｕ（ｋ）＋ｂ＋・ｕ（ｋ−１
）＋−−−＋　ｂ　、、−ｕ　（ｋ−ｎ）　）　］　”
　　　・”・＝・（５）が最小となるよう定める。本実
施例ではｎ＝２として、各パラメータを求めた。この場
合、系のシグナルフロー線図は第５図のようになり、状
態変数量として［Ｘｌ（ｋ）　　Ｘｌ（ｋ）］　”をと
って、その状態・出力方程式は、 ・・・・・・・・・（６） と表せる。従って、１人力１出力の系と見做した場合の
システムパラメータＡ、Ｅ、Ｃは各々となる。

こうして本実施例の動的なモデルがシステム同定により
求められたが、この、動的なモデルは、冷凍サイクル８
が所定の状態で運転されている時、この状態の近傍では
線形の近似が成り立つという形で定められている。従っ
て、定常的な複数の運転状態に関して、上記の手法で伝
達関数Ｇ　（ｚ）が求められ、状態方程式（１）、出力
方程式（２）におけるベクトルＡ、Ｅ、Ｃが求められ、
その入出力の関係は摂動分δの間に成立することになる
。

（ロ）オブザーバの設計 上述した摂度分δＴ、とδ■とを用いて状態変数量を推
定するオブザーバ（Ｐ５）を設計する。

オブザーバとしては同一次元オブザーバや最小次元オブ
ザーバ等があり、種々の設計手法が知られている。本実
施例では同一次元オブザーバとして設計する。

同一次元オブザーバは、第６図に示す構成を有するもの
であり、図示するように状態変数の推定値Ｘ　（ｋ）は
、Ｋをフィードバックゲインとして、Ｘ（ｋ）＝Ａ−Ｘ
（ｋ−１）＋ｌＢ　・ｕ（ｋ−１）＋Ｋ　（ｙ（ｋ−１
）−Ｃ−Ｘ（ｋ−１）） ＝　（Ａ−Ｋ　−Ｃ）　Ｘ（ｋ−１）＋に−ｙ（ｋ−１
）千Ｂ・ｕ　（ｋ−１）　　　　　　　　・・・・・・
・・・（９）となる。ここでＡ−に−Ｃを安定とするＫ
を選び、（八−に−Ｃ）なる行列の固有値の絶対値が総
て１未満になるようにすれば、 ｋ→ωでＸ　（ｋ）→Ｘ　（ｋ）となることが証明され
ている。従って、Ｋをそのように定め、更にＡ０ΔＡ−
Ｌ　　−Ｃ ＫΔ（・・・・旧・・（１０） Ｂ０ΔＢ とすると、オブザーバは、 Ｘ　（ｋ）　＝　Ａ　Ｏ・ｘ　（ｋ−１）　＋　Ｌ−ｙ
　（ｋ−１）＋　Ｂ　ｏ−ｕ　（ｋ−１）　　　　　　
　・・・−＝　（ＩＩ）となる。

パラメータＡｏ、Ｌ、Ｂ（１は、定常的な運転状態に関
して求めた各モデル毎に求めておく。

以上、システム同定により求めた状態方程式（１）等の
ベクトルＡ、Ｅ、ＣよりオブザーバＰ５を設計した。

（ハ）系の拡大 本実施例の制御対象は、目標温度Ｔ？が変化するサーボ
系であることから、累積値を用いて系を拡大する。即ち
、オブザーバＰ５によって推定した状態変数量Ｘ　（ｋ
）と累積値ｚ　（ｋ）　＝　Ｚ　Ｔｔ（ｋ）とを含めて
、これを改めて状態変数ＩＸ（ｋ）とする。

即ち、 Ｘ（ｋ）＝　［Ｘ（ｋ）　　ＺＴＥ（ｋ）　　］”　　
　　・・・・・・・・・０２）となる。

（ニ）最適フィードバックゲインＦの算出拡大された状
態変数量Ｘ　（ｋ）に対する最適フィードバックゲイン
Ｆを求める手法は、例えば古田勝久著［′ＮＩＡ形シス
ナシステム制御理論昭和５１年）昭晃堂等に詳しいので
、ここでは詳解は略して結果のみを示しておく。

上述した（ハ）で拡大した系のシステムを、次のように
表す。

・・・・・・・・・０３） ここで、状態変数ｉｔ　Ｘ　（ｋ）を２次とすると、ｚ
　（ｋ）　＝　ｚ　Ｔｔ（ｋ） ｕ　（ｋ）　＝δ■ ｙ　（ｋ）　＝δＴや ｙ”＜ｋ）　＝δＴ１ である。δＴｔ、　　δ■は、既述したように、定常点
からのずれ（摂動骨）を表している。

この時、次の評価関数Ｊを最小にする最適制御入力、即
ち動作条件ｕ”（ｋ）を求めることが、冷凍サイクル８
に関する付加積分型最適レギュレータとしての制御問題
を解くことになる。

ω Ｒ・　　δ　ｕ　　（ｋ）　　　コ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　・・・　・・・　・
・・い尚、ここでＱ、　　Ｒは重みパラメータ行列を、
ｋは制御開始時点を０とするサンプル回数を、各々示し
ており、弐〇５）右辺はＱ、Ｒを対角行列とする所謂２
次形式表現である。

結果的に最適制御入力Ｕ“（ｋ）は、 ｕ”（ｋ）＝　Ｆ　−Ｘ（ｋ） ＝　　［ＦＩ　　ＦＩコ　・　［Ｘ（ｋ）　　Ｚ（ｋ）
］　　”＝　Ｆ　Ｉ−Ｘ　（ｋ）　＋　Ｆ　ｚ・Ｚ　（
ｋ）　　・・・・・・・・・００となる。

ここでＦ、、Ｆ２は、 ［Ｐ　ＩＦ　、　］　＝　Ｒ−１・Ｂ７・Ｐ　　　　・
・・・・・・・・０′７）であり、Ｐは次の行列リカッ
チ式の正定解である。

Ａ７・Ｐ＋Ｆ　−Ａ＋Ｑ−Ｐ　−Ｅ　−Ｒ−’　−Ｂ”
−Ｐ−〇　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・・
・・・θＢ）尚、ここで弐〇５）の評価関数Ｊの意味は
冷凍サイクル８に対する制御入力としての動作条件の諸
量ｕ（ｋ）＝δＶの動きを制約しつつ、制御出力として
の運転状態の諸量Ｖ（ｋ）、ここではエバ後温度の摂動
骨δＴＥを含む諸量ｙ　（ｋ）からの偏差を最小にしよ
うと意図したものである。動作条件の諸量ｕ　（ｋ）に
対する制約の重み付けは、重みパラメータ行列Ｑ、Ｈの
値によって変更することができる。

従って、すでに求めておいた冷凍サイクル８の動的なモ
デル、即ち行列Ａ、Ｅ、Ｃを用い、任意の重みパラメー
タ行列Ｑ、　　Ｒを選択して弐〇８）を解いてＰを求め
、弐〇′７）により最適フィードバックゲインＦを求め
ることができる。従って、この最適フィードバックゲイ
ンＦを用いて、冷凍サイクル８０制御入力諸量ｕ（ｋ）
　　（ここではδ■）を、ｕ　（ｋ）　＝　Ｆ−Ｘ　（
ｋ） −Ｆ・　［Ｘ（ｋ）　　ＺＴＥ（ｋ）　］”　　・・・
・・・・・・０９）として求めることができる。

この実施例では、 Ｆ−［ｆ＋、　　　ｆｚ、＋ｆ３］ を得た。

尚、このフィードバックゲインＦは、各モデル毎に決め
ておく。

以上、付加積分型最適レギュレータの構成（第３図）を
基に、制御系のモデリング、オブザーバの設計、系の拡
大、最適フィードバックゲインの設定について説明した
が、これらは予め設定され求められており、制御装置１
１の内部では、その結果のみを用いて実際の制御を行な
うのである。

次に、以上に述べたような制御系を実現するための制御
装置１１の作動を説明する。

第７図は、上述の制御系を実現するフローチャートであ
る。尚、以下の説明では現在の処理において扱われてい
る量を添字（ｋ）付で、前回に扱われた量を添字（ｋ−
１）付で表すことにする。

この実施例の制御装置１１は、カーエアコン２の起動と
共に、所定のプログラムの実行を開始する。

そして、第７図に示す冷凍サイクル８の制御プログラム
と共に、車室１を、温度設定器１７で設定された目標温
度に制御するための、エアミックスダンバ１０や、ウォ
ータバルブ９０などの制御プログラムや、内外気切換ダ
ンパ６などの制御プログラムを実行する。

第７図のフローチャートはこれらの制御プログラムのう
ち、冷凍サイクル制御にかかる部分を示したものである
。

まず、ステップ１１０では、以後の演算処理で用いる各
変数の初期化や、初期値の設定が行われる。

ステップ１２０では、エバ後センサ１３の検出する空気
温度Ｔｇ（ｋ）を含む、各センサの検出値や温度設定器
１７、各種スイッチ１８などの信号が入力される。

ステップ１３０では、エバポレータ直後の目標エバ後温
度Ｔｚ”（ｋ）が演算される。この目標温度Ｔｇ”（ｋ
）は、車室目標温度、内気温度、外気温度、冷却水温度
、除湿作用の要否などに応じて演算される。このステッ
プ１３０の演算処理が、第３図の目標エバ後温度設定部
Ｐ、にあたる。

ステップ１４０では、ステップ１３０で演算された目標
エバ後温度Ｔｉ”Ｏｃ）と、エバ後センサ１３から入力
されたエバ後温度ＴＥ（ｋ）との偏差５Ｔｔ（ｋ）が下
式より演算される。

５Ｔｔ（ｋ）＝Ｔｉ”（ｋ）　　Ｔｔ（ｋ）　　　　　
　・・・・・・・・・１２１このステップ１４０の演算
処理が、第３図の加算部Ｐｇにあたる。

ステップ１５０では、ステップ１４０で求めた偏差ＳＴ
、（ｋ）を累積する処理を行ない、累積偏差ＺＴＥ（ｋ
）が下式より演算される。

ＺＴ、（ｋ）＝ＺＴＥ（ｋ−１）＋Ｔ　−５Ｔｉ（ｋ）
・・・・・・（２１）なお、式（２１）のＴは、サンプ
リング周期である。

このステップ１５０の演算処理が、第３図の累積部Ｐ３
にあたる。

ステップ１６０では、ステップ１２０で入力した各種信
号に基づいて、冷凍サイクル８のダイナミックモデルを
構築した際、線形近似が成り立つ範囲として採用した定
常的な運転状態のうち、最も近い状態を選択し、その状
態のエバ後温度である定常点ＴＥａと、圧縮機容量であ
るＶａと、フィードバックゲインＦと、パラメータＡ、
、Ｂ、。

Ｌとを選択する。この処理が、第３図の風量検出部ＰＩ
Ｉ、およびその検出風量に応じてＴ＝ａ、Ｖａ。

Ｆ、　Ａｏ　、　ＩＯ、Ｌを切り換える各構成Ｐ、、Ｐ
、。

Ｐ、、Ｐフにあたる。

この実施例では、運転状態として風量を採用し、ブロワ
モータ７ａの調速回路２０に与えられる指令信号に応じ
て、ステップ１６０の処理が行なわれる。

ステップ１７０では、エバ後センサ１３から入力したエ
バ後温度Ｔ　ｔ　（ｋ）の定常点Ｔ、ａからの摂動骨δ
Ｔｘ（ｋ）を抽出する処理が下式で行なわれる。

δＴｔ（ｋ）＝　Ｔｚ（ｋ）−’ｒ、ａ　　　　　　　
・・・・・（２２）このステップ１７０の演算処理が、
第３図の摂動分抽山部Ｐ４にあたる。

ステップ１８０では、予め定められ、ステップ１６０で
選択されたＡｏ　、Ｂｏ　、Ｌと、ステップ１７０で求
められた摂動骨δＴｔ（ｋ）と、前回推定と、前回求め
られた圧縮機容量の摂動骨δＶ　（ｋ−１）とから、前
述の式ＯＤに基づく下式により、状態変数量Ｘ　（ｋ）
が推定される。

ｂ、、１・６　Ｖ（ｋ−１）＋ｉ、ｌδＴ、（ｋ−１）
ｂ　ｏ２　’δＶ　（ｋ−１）　＋　ｆ　２δＴ、（ｋ
−１）・・・・・・・・・（２３） このステップ１８０の演算処理が第３図の状態変数量推
定部Ｐ、にあたる。

ステップ１９０では、ステップ１８０で求めた状態変数
量Ｘ　（ｋ）と、ステップ１５０で求められた累積偏差
ＺＴＥ（ｋ）とから、前述の式０９）に基づく下式によ
り、操作量である圧縮機容量の摂動骨δＶ　（ｋ）が演
算される。すなわち、フィードバックゲインＦは、Ｆ＝
［ｒｌ　　ｆｚ＋ｆｉ］とされているので、 δＶ（ｋ）＝　　ｆ　ｌ−Ｘ＋（ｋ）　　ｆ　ｔ−Ｘｚ
（ｋ）＋　ｆ　ｓ・Ｚ　Ｔ　、　（ｋ）　　　　　　　
　−−・・・・−・・（２４）となる。

このステップ１９０の演算処理が第３図のフィ−ドパツ
ク制御量決定部Ｐ６にあたる。

ステップ２００では、ステップ１９０で求められた圧縮
機容量の摂動骨δＶ　（ｋ）と、ステップ１６０で選択
された定常点の値Ｖａとから、下式により圧縮機容量Ｖ
　（ｋ）が演算される。

Ｖ　（ｋ）　＝　Ｖ　ａ＋δＶ　（ｋ）　　　　　　　
・・−−−−・・・（２５）このステップ２００の演算
処理が、第３図の基準値加算部Ｐ、にあたる。

ステップ２１０では、ステップ２００で求められた圧縮
機容量Ｖ　（ｋ）を実現するように、可変容量アクチュ
エータ２１が制御される。

そして、ステップ２２０でサンプリング回数であるｋの
値をカウントアツプし、再びステップ１２０へ戻る。

以上に説明した構成の制御系と、この制御系を実現する
制御装置１１の作動とによる、冷凍サイクルの制御結果
を第８図、第９図、第１０図に示す。

第８図は、定常的な運転状態から、目標エバ後温度ＴＥ
”（一点鎖線）を、ステップ関数的に変化させたときの
実際のエバ後温度の変化を示している。本発明を適用し
たこの実施例によるものを実線で示し、従来の制御によ
るものを破線で示す。

従来のものでは、オーバーシュート、アンダーシュート
しながら目標Ｔｔ”に制御されるのに対し、本発明によ
るこの実施例では、はとんどオーバーシュート、アンダ
ーシュートなく速やかに目標Ｔ１へ制御される。

第９図には、風量モードの変化によるエバポレータ通過
風量の変化に伴う、エバ後温度の変化を示している。風
量モードが゛Ｌ０パから°“Ｈ８゛へ切り換えられ、冷
凍サイクルの定常的な運転状態が切り換わっても、この
実施例によるものは、はとんどオーバーシュート、アン
ダーシュートなく速やかに目標Ｔ、１１に制御されてい
る。

すなわち、風量に応じて定常点の値Ｔｅａ、Ｖａ。

フィードバックゲインＦ１オブザーバのパラメータＡｏ
、Ｂ（１＋Ｌを切り換えているためである。

第１０図には、コンプレッサ８ｂを駆動するエンジンの
回転数変化に伴う、エバ後温度の変化を示している。こ
の場合も、この実施例によるものはほとんどオーバーシ
ュート、アンダーシュートなく速やかに目標Ｔｔへ制御
される。

このように、この実施例では種々の外乱に対してもエバ
後温度を安定して目標に制御することができ、車両用空
調装置２としての車室１への吹出空気温度も安定するこ
ととなり、快適な空調環境を提供することができる。

また、オーバーシュートやアンダーシュート等がほとん
どないため、効率よ（エバ後温度が制御される。このた
め、情動力、消燃費な車両用空調装置２を提供すること
ができる。

以上、本発明を適用した実施例を説明したが、例えば以
下に列挙するような他の実施例でもよい。

■冷却能力調節器として可変容量コンプレッサを示した
が、開度が連続的に変化するエキスパンションパルプを
用いてもよく、これらを組合せてもよい。

■検出手段が検出する、熱交換器の冷却能力に関する物
理量として、エバ後温度を示したが、エバポレータの表
面温度、エバポレータ内冷媒温度、あるいはエバポレー
タ内冷媒圧力などでもよい。

■冷凍サイクルのモデルとして、システム同定の手法に
基づくものに限らず、冷凍サイクル各部の構成の熱的な
特性を解析し、この結果から得られる数式モデルを採用
してもよい。

■システム固定の方法も最小二乗法に限らず、種々の理
論を適用してもよい。さらに、上述の実施例では２次の
システムに同定したが、この次数をさらに大きくし、オ
ブザーバの次数、フィードバックゲインの次数も大きく
することで、さらに制御性は向上する。この実施例では
、制御装置１１の演算能力や、制御系構築のためのシュ
ミレーションの時間などを考慮して２次としたものであ
る。

■さらに、目標エバ後温度は、種々の条件に応じて演算
されるものに限らず、所定の温度で一定にされてもよい
。

このように列挙されるものに限らず、この他にも本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々の態様がある。

〔発明の効果］ 以上に説明した本発明によると、冷凍サイクルの運転状
態が変化する過渡時における制御出力の変動（オーバー
シュート、アンダーシュート）を抑制することができ、
目標値に良好に制御することができる。

また、過渡時における制御入力の変動も、必要最低限に
抑えることができる。

これらから、冷凍サイクルの制御出力である冷却能力を
良好に制御することができ、しかも過制御が低減される
ため、冷凍サイクルを動作させるための動力損失も低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成を示すブロック構成図、第２図は
本発明を適用した一実施例の車両用空調装置の構成図、
第３図は一実施例の冷凍サイクルの制御系を示すブロッ
ク線図、第４図は冷凍サイクルの系を１人力１出力の系
としたブロック線図、第５図は冷凍サイクルの動的モデ
ルのシグナルフロー線図、第６図は同一次元オブザーバ
の構成を示すブロック線図、第７図は制御装置の作動を
示すフローチャート、第８図、第９図、第１０図は１実
施例の制御による効果を説明するグラフである。 Ｍｌ・・・送風機、Ｍ２・・・冷却器、Ｍ３・・・冷却
能力調節装置、Ｍ４・・・物理量検出手段、Ｍ５・・・
目標設定手段、Ｍ６・・・送風量検出手段、Ｍ７・・・
モデル設定手段、Ｍ８・・・偏差累積手段、Ｍ９・・・
制御量演算手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 下流側が車室に連通する通風路に設けられ、この通風路
   中の空気を車室に送出する送風機と、前記通風路中に配
   設され、冷凍サイクルを循環する冷媒を蒸発させること
   により、前記送風機により送風される空気を冷却する冷
   却器と、 前記冷凍サイクルに設けられ、前記冷却器の冷却能力を
   調節する冷却能力調節装置と、 前記冷却能力に関連する物理量を検出する物理量検出手
   段と、 前記物理量の目標値を設定する目標設定手段と、前記送
   風機による送風量を検出する送風量検出手段と、 前記送風量検出手段により検出された送風量に基づいて
   、前記冷却能力調節装置の調節量を制御入力とし、前記
   物理量を制御出力とする前記冷凍サイクルの動的モデル
   を設定するモデル設定手段と、 前記物理量検出手段にて検出された検出物理量と前記目
   標設定手段にて設定された目標物理量との偏差を累積し
   、累積偏差を出力する偏差累積手段と、 前記モデル設定手段で設定される動的モデルに基づいて
   、前記検出物理量と前記累積偏差とから前記調節量を演
   算する制御量演算手段と を備えることを特徴とする冷凍サイクル制御装置。