制御とは？
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電機子チョッパ制御（でんきし-せいぎょ）とは、鉄道車両において、直流電動機の制御を行う方式の一つで、チョッパ回路を主回路（モータの電機子回路）に接続して電圧制御を行うもので、主回路チョッパ制御といわれることもある。単にチョッパ制御、もしくはサイリスタチョッパ制御というと、通常この方式をいう場合が多い。チョッパ回路についてはチョッパ制御の項を参照のこと。なお、電機子電流と界磁電流を独立して制御する方式を、「高周波分巻チョッパ制御」（4象限チョッパ制御）と区別する場合もある。 中速域から低速域までの領域で安定した回生ブレーキが可能であり、エネルギー消費量を減少できるほか、ブレーキ抵抗器を搭載しないですむため車体の軽量化が可能となる。回路が昇圧チョッパを構成するため高速側では使用が限定され、電流を絞って回生電圧を下げるか、直列に抵抗を挿入して電圧降下を利用する手法が取られる[1]。 抵抗制御系の制御方法とは違いステップのない無段階制御が可能であるため、粘着性能を向上させることが可能である。よって、同一加速性能であれば、動力車比率（MT比）を低下させることが可能である。 半導体素子を使った制御方式であるので、抵抗制御に用いられる制御機のような機械的な接点が無いため、保守作業を低減することが可能である。 これは本方式における最大の欠点である。本方式が多用された1970年代前半から80年代後半の段階では、鉄道車両のような大きな電力を制御するための半導体機器が未発達な状態であり、価格も高価であった。 加速・減速時には電機子チョッパの特徴の一定のHzの「プー」と言う音が鳴る。これは高速で電源を入切するためである。例えば、A4、「ラ」の音が鳴っている車両では、約440Hzの周期で電源を細かく入切していることとなる。 この制御装置を日本で初に採用したのは阪神電鉄の7001・7101形であった。しかし回生ブレーキを搭載しておらず、力行専用のチョッパ装置であった。これは阪神が採用した理由が省メンテナンスが目的であったからである。 本方式の回生制動を世界で最初に実用化したのは帝都高速度交通営団（現在の東京地下鉄）の6000系電車で1968年のことである。導入の主目的は、相次ぐ増発や地下水量の低下などで上昇していたトンネル内温度に鑑み、抵抗器の発熱を抑制するためで、この後営団は本方式を標準とし、AVFチョッパ、4象限チョッパへと改良を加え発展させながら長期間にわたって採用し続けた。 その後、石油ショックの洗礼を受けた緊縮経済下において、むしろ高効率の電力回生による省電力化性能が強く希求されるようになり、営団はじめ全国の公営地下鉄に続き、当時の国鉄も省エネ電車としての201系、併せて前述の6000系同様のトンネル内放熱抑制を狙った営団地下鉄千代田線直通向け203系電車を大量生産したが、累積債務の増嵩に伴い、205系では安価な界磁添加励磁制御に方向転換した。 また、一部の大手私鉄でも国鉄と同じく高性能化と省エネの両立を狙って試作車を製造（例:阪急2200系電車など）したが、特に高加減速性能を重視した阪神電鉄の「ジェットカー」5131形、5331形電車、および千代田線同様に直通地下鉄線区における放熱抑止と高効率を狙った東武鉄道の9000系、20000系（複巻電動機を使用したAFEチョッパ）のほかは本格導入に至らず、安価に回生ブレーキが使用できる界磁チョッパ制御を採用する場合が多かった。 その後1990年代に入って交流電動機を使用するVVVFインバータ制御が価格、性能的に定着すると、保守省力化や運用経費において直流電動機に対し大きく優位となり、積極的に電機子チョッパ制御を導入していた営団も9000系電車以降、VVVFインバータ制御を本格採用し、現在では既存の電機子チョッパ制御車両からの改造が進んでいる。2006年11月現在、日本における最も直近の建造例は、東京都交通局10-000形電車第27、28編成と京都市交通局10系電車18F〜20F（共に1997年）である。 ^ ちなみに、抵抗制御でも抑速ブレーキのように高速でなおかつ速度変化が安定している場合や界磁調整器を搭載している場合は、回生ブレーキは使用できる。 |
[ 192] 電機子チョッパ制御 - Wikipedia
[引用サイト] http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E6%A9%9F%E5%AD%90%E3%83%81%E3%83%A7%E3%83%83%E3%83%91%E5%88%B6%E5%BE%A1
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可変電圧可変周波数制御（かへんでんあつかへんしゅうはすうせいぎょ）は、インバータ装置などの交流電力を出力する電力変換装置において、その出力交流電力の実効電圧と周波数を任意に可変制御する手法を指す。 日本では鉄道車両の交流モータ駆動方式として可変電圧可変周波数の英語直訳である"Variable Voltage Variable Frequency"の頭文字をとってVVVF制御（ブイブイブイエフまたはスリーブイエフせいぎょ）とよぶが、鉄道分野以外で一般に「電動機の可変速駆動制御」などと呼ばれるものに含まれる。家電分野では「インバータ」・エアコンなどと使われる。なお英語ではAdjustable Voltage Adjustable Frequencyであり、AVAFが正しい。 電力変換装置の出力電力手法には可変電圧可変周波数制御の他に、定電圧定周波数制御（CVCF制御）、可変電圧定周波数制御（VVCF制御）、定電圧可変周波数制御（CVVF制御）がある。 電気鉄道では交流電圧波形のピーク−ピークが架線電圧までは周波数と電圧を比例させ（VVVF制御領域）、架線電圧に到達後は誘導電動機ではスベリを増やして定出力とし、スベリ限界以降はトルクが速度の2乗に反比例する特性が基準になる（CVVF制御領域）。このVVVF制御された出力特性は弱界磁制御を行う直流直巻モータの特性に酷似している（モータ単独特性は回転数−周波数比例）。SIV（静止形インバータ）はCVCFとされるが、定電圧制御を行うものはVVCFに帰還制御を施したと考えて良い。 この制御で得られる可変電圧可変周波数の電力は、交流電動機を可変速駆動する目的で使われる。そのため、電力変換装置に接続された交流電動機を可変速駆動する制御方式を指すことがある。 このような出力や電動機制御を実現する鉄道用インバータ装置をVVVFインバータと呼ぶ。前述のようにVVVFは和製英語である。中国や韓国などでは、日本メーカの呼称の影響を受けてこう呼ぶ場合もある。 この技術は鉄道車両（電車、電気機関車）、自動車（電気自動車、ハイブリッドカーといった輸送用機器やファン、ポンプ設備、圧延機など様々な産業用機器、更には家庭用電気機械器具（エアコン、冷蔵庫）などで広く利用される。 「PAM」、「PWM」というのは直流から任意の交流疑似正弦波波形を生成する方式に使用され、前者がパルス振幅を変えて交流波形を生成する（パルス振幅変調）もの、後者がパルス幅を変えて交流波形を生成する（パルス幅変調）方式であり、VVVF制御に欠かせない方式である。「3レベルインバータ」と言うものはサイリスタより高い周波数で使用可能な耐電圧の低いIGBTを使用するための回路方式であるが、動作としてはPWMである。交流での回生制動を可能にする交直変換回路としてPWMコンバータが用いられる様になったが、それは力行・回生双方向性を持ち、力行時にはコンバータとして使用しつつ、回生時にはインバータとして使用する必要があるためである。 2レベルインバータ主回路の場合+側UVW、-側UVWの出力素子が2個直列、これを3組並列にした回路であり各素子は電源電圧の1/2以上の耐圧素子が必要である。 また出力電圧は 全電圧-0Vの二段階となり正弦波に近い波形とするにはPWM周波数をかなり高めにしなければならない（PWM周波数を高くすると流せる電流量も減少する）。 3レベルインバータ主回路は各素子が2個直列になり これがさらに2組直列、これを3組並列にしたもので、上から1つ目、3つ目の中点を6本まとめて電源電圧の中間点へ接続する構成である。中間電圧を利用するため、全電圧-1/2-0Vの三段階の電圧が得られ、余りPWM周波数を上げずに正弦波に近い波形を得られる。 3レベルインバータは構造上多数の素子が必要で中間電圧を作るためにコンバータが必要（交流電車は必然的に必要であることから装置の新設スペースは不要）であることから交流電車を中心に量産採用されている。ただし例外的にJR西日本207系の初期型は、耐圧の低いパワートランジスタの3レベルインバータとチョッパーによる中間電圧発生回路を搭載する（コスト高のため2次車以降採用されていない）。 IGBT素子を使用するようになってから目にするようになった「2レベルインバータ」や「3レベルインバータ」は、素子の耐電圧性能とその搭載数を指し、前者は高耐圧の素子が1つのもの、後者は低耐圧の素子を2つ搭載したものである。IGBT以前では2レベルがほとんどであった（例外として、黎明期のGTO素子は高耐圧なものがなかったために3レベルとしたインバータもある。東急6000系電車などが該当する。また、JR系東日本209系920番台電車では従来の大電流の平型ＧＴＯサイリスタに代わって４００Ｖ系工場向け汎用インバータで使われている低耐圧のＧＴＯサイリスタモジュール使用のコスト検証や耐久試験で３レベルＧＴＯ素子インバータが使われた）。 VVVF制御は、交流電動機（誘導電動機、同期電動機）を可変速駆動するためのインバータの制御技術である。特にかご形誘導電動機は構造が簡単なため、保守のコストが非常に少なく、電動機自体の価格も安い、という利点があることが古くから知られていたが、回転速度が電源の周波数に依存するため、長らく可変速度を必要とするものでの使用は困難であった。 かご形誘導電動機の速度制御には、インバータ開発以前にも極数変換によるものがあったが、これは連続的な速度制御はできなかった。インバータの出力電圧と周波数を連続的に変化させる可変電圧可変周波数制御が、交流電動機を連続的に速度制御することを実現した。これは、近年の半導体技術、特にパワーエレクトロニクスの進歩に伴い、高速・大容量の制御素子が開発されて実現可能となったものである。 1960年代後半頃から、ファン・ポンプや抄紙機など産業用途での利用が始まり、1970年代後半から1980年代前半には鉄道やエレベータ、1990年代には冷蔵庫、エアコンなど家電機器でも利用されるようになった。 2000年代に入り、特に高効率でオープンループ制御が可能な永久磁石同期電動機が多用されるようなった。また、大容量の電磁石同期電動機や既設のかご形三相誘導電動機の制御にも使用される。 単相誘導電動機はインバータで可変速運転には適さないので基本的には使用されない 一定回転数以下になると始動用スタータコイルを制御する遠心力スイッチが動作しなくなり始動動作を繰り返す、コンデンサ始動式では低電圧時十分な進相電流を流すことができずある点で突然始動するか過電流で異常停止する このためあまり低い回転数で使えないことを条件にファン、ポンプ用途に限定して単相電源-単相出力のインバータが販売されている VVVF制御とは実は交流モーターである誘導電動機や同期電動機の基本特性にぴったり合わせた原理的な制御方式である。 従前は供給電源の周波数を自由に変えられる装置が簡単には構成できなかったため、電圧を何段階かに切り換えたり、巻線の結線を変え、あるいは回転子のコイルにスベリ周波数に見合った直列起動抵抗を挿入して最大トルクを得る様に調整するなど、電気特性的にはイレギュラーな簡易的起動方法を採用して、起動後の定常運転状態では軽負荷で使っていた。 ところが大電力用半導体素子の発達でインバーターとして自由な周波数と電圧を生成できる様になったことで、モーター特性に合わせた電力供給が実現された訳である。 いま、鉄心の磁気飽和による最大磁束以下の Φ [m] に励磁された回転子が回転数 n で回転していた場合、固定子に巻かれたコイルには最大 Φ [m] のほぼ正弦波の磁束が鎖交する。コイル誘起電圧 e は磁束の変化率 （ = 微分値）×巻数 N である。すなわち、 誘起電圧 となって、一定磁束なら回転数 n は周波数 f に比例することが分かる。「e/f が一定」と言っても良い。 モーターの端子電圧 = 供給電圧はこれに巻線抵抗などのインピーダンス電圧降下分を加えたもので平衡するから、それをインバータで生成する方式がVVVF制御と言われるものである。常に最大トルク付近や最大効率を追えるので、使用する交流モーターを従前よりかなり小型化でき細かな制御ができるようになった。そのためエアコンなど家電製品などにもインバータ方式 （ = VVVF方式 ） が採用されている。 各巻線の電流の大きさと位相で、トルクと回転数を推定し、それに基づいて電圧・周波数を変化させ、目的のトルク・回転数を得る。 回転部に回転数センサ （ パルス発信器など ） 回転子位置センサ （ ホール素子など ） を取り付け、その計測結果に基づいて電圧・周波数・位相などを適切に制御し、目的とする回転数・トルクを得る。 1977年頃から、日本国有鉄道や帝都高速度交通営団でメーカーと共同で各種研究試験が行われていたといわれている。特に国鉄では青函トンネルを走行する電気機関車用と北陸新幹線を走行する新幹線車両用に開発が行われていたとされている。 VVVFインバータ搭載車両は、1982年に熊本市交通局8200形電車が日本で最初の営業用車両となる（1983年のローレル賞受賞）。このインバータは逆導通サイリスタ（RCT）を用いたものであったが、一般的なゲートターンオフサイリスタ(GTO)素子による初のVVVFインバータ搭載車両は、1984年に登場した大阪市営地下鉄中央線の20系電車（2代目）となる（試験が長引いたため、営業開始日順となる下表では4番目にある）。 架線電圧1500Vでの初のVVVFインバータ制御車両は東急6000系電車のVVVF改造車である。1983年に6202に日立製作所製2500V耐圧型GTO素子VVVFインバータ2台（電気回路はそれぞれ直列つなぎ）を搭載して各種試験を経て、1984年7月25日から大井町線で営業運転が開始された。その後、1985年には6302に東芝製VVVFインバータを、6002に東洋電機製造製VVVFインバータを、1983年に改造された6202に4500V耐圧型GTO素子VVVFインバータを同時に改造した。 新車としては1984年の近鉄1420系電車(1421F)が最初だが、試作として2両編成1本が製造されたのみである。本格的な量産は、1986年の新京成電鉄8800形電車や東急9000系電車辺りからで、これをきっかけに多くの大手私鉄や地下鉄にインバータ車両の試験導入を経て本格的な導入が開始された。 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)素子を利用したインバータ搭載車両は1992年の東京地下鉄06系電車・07系電車が初となる。またJR西日本207系電車0番台とJR東日本701系電車、及びJR東日本901系電車A編成（現209系電車900番台だが装置は三菱電機製のGTOに取り替えられている）ではパワートランジスタ素子を使用したインバータが採用されている。 全車両がVVVF制御の形式には、両数に付随車を含む。一部車両がVVVF制御の形式には、両数に付随車を含まない。 この記事の内容に関する文献や情報源を探しています。ご存じの方はご提示ください。出典を明記するためにご協力をお願いします。 VVVFインバータは、きめ細かい回転数やトルクの制御ができ、衝撃が小さく、粘着力の向上で動力軸数の減少が可能であり、回生ブレーキの使用も可能である。そのため、1980年代後半からの半導体素子の進歩による価格の低下・信頼性の向上などにより、電気機関車や電車の主変換器に用いられることが増加している。 特に電車の場合、小型大出力の三相誘導電動機（かご形三相誘導電動機）を利用することができる。 VVVFインバータと三相誘導電動機を組み合わせる事で電動車と付随車の比率MT比を小さくできる。これは、インバータと三相誘導電動機の構成にすることでトルク変動を極力小さくすることができ、引張力特性が良好な為である。同MT比なら加速性能の向上にもつながる。 また、同出力の直流直巻電動機と比べ遙かに小型の為 大出力電動機の搭載が可能である。従来は台車内のスペースに余裕のない狭軌では、中空軸カルダン、直角カルダンといった複雑な動力伝達装置を用いて最大限の電動機を搭載してきたが、小型な誘導電動機ではその必要がない。 メンテナンスに手の掛かる電動車を減らすことや、直流電動機で必要となるブラシと整流子がないため電動機自体の保守の簡略化も可能である事、電気ブレーキを理論上停止直前まで維持することが出来るため、ブレーキパッド・ライニングの磨耗が少ない事等から、ライフサイクルコストの低減が期待できる。また、床下まで客用スペースに使用するダブルデッカー付随車の連結両数を増加させたり、乗り心地の改善もできる。 電気ブレーキを使用した場合、理論上停止直前まで制動力を維持することが出来る。純電気ブレーキ対応のものは、停止直前にモータに加速時と逆の方向にトルクをかけることによって、非常ブレーキ使用時以外は完全停車まで電気ブレーキを使用できる。純電気ブレーキは三菱電機の製品名であり日立製作所では全電気ブレーキと呼んでいる。また、停止直前にモータに加速時と逆の方向にトルクをかける方式は複数あり、三菱電機の逆相モード（回転磁界を逆転させる方式）及び、日立製作所の直流添加モード（直流電流を流す方式）に分けられる。 純電気ブレーキは完全停車まで空気ブレーキをほぼ使用せずに停止できると誤解がちであるが、実際には、低速での回生電力の低下などによって回生ブレーキ率が落ちた時などに空気ブレーキと共有してブレーキ制動をしている。今現在の純電気ブレーキ車の回生失効速度は0.7km/hぐらいである（メーカにより誤差あり）[要出典]。 電車・電気機関車の場合、発進時に特に大きな起動トルクが必要である。そこで、速度に応じて電動機への出力の方式を変えることで、滑らかな発進が行えるよう、VVVFインバータは幾つかの異なるパルス出力パターンを持っており、これをパルスモードと呼ぶ。ある程度加速したところでモーターの回転数に応じて電圧・周波数を同期させる。これを同期モードと呼ぶ。発進時に同期モードとしないのは、低速のため波形の周期が長く正弦波近似が可能だからである。 VVVFインバータは主制御装置がコンピュータ化されているため、スイッチング素子と一体化することができるほどコンパクトになった。そのため車両によってはかなり電動車の軽量化を行うことができる。また、ソフトウェアを変更するだけで、ある程度加速力を変更したり、電気ブレーキの失効速度を変更して他の車両とタイミングを合わせたりといったことが可能である。 VVVFインバータに限らず、多くのパワーエレクトロニクス機器の問題として、高調波による電磁ノイズを発することが挙げられ、鉄道ではATC等、微小な信号電流を扱う装置に影響を与える懸念がある（名古屋鉄道や都営地下鉄新宿線においてVVVFインバータ搭載車の投入が遅れたのは信号ノイズ対策が大きな要因）。このため、実際の路線への導入に当たり、パワーエレクトロニクス機器の発するノイズが信号機器に悪影響を与えないよう、車両と信号機器を組み合わせて確認試験を実施し、問題の無いことを確認している。特にJRや大手私鉄ではVVVFインバータの導入にあたって試作車を製造、又は在来車を改造して試験車とするなどして、入念な試験が繰り返された。また発車時・停車時に発生する音が耳障り（著しい大音量による騒音ではなく、環境音より高い周波数の音であることによる）であることが挙げられる。 1990年代以降に出た新型のIGBT素子では、GTO素子と比べて動作周波数が向上したため、この2つの問題を解決できた。近年では、インバータの出力波形を調整することで、さらなる高周波ノイズの低減に努めている。 VVVFインバータ制御車両最大の特徴ともいえる、発車時・停車時に発生する何度も高低が変化するような音（磁励音）は、パルスモードが変化しているために発生するものである。車両発進時には、「ピーー」というような音や「ビーー」という音で起動するが、その後は自動車がトランスミッションで変速するときのエンジン音のような音がする。これらの音は主にモーターから発せられ、インバータ装置自体からも「ジーー」とモーター音に合わせてスイッチング音が聞こえる場合がある。 これらの音は多種多様であり、同じメーカー・機種のインバータを搭載していても中のプログラムや設定が異なるとまったく違う音を立てる。プログラムの更新により音が以前と全く変わった車両も存在する。 GTO素子を使用したインバータでは発車時・停車時の音を耳障りと感じる人も多いが、IGBT素子では、スイッチング周波数を高くできるため、耳障りな音色を改善できるようになった。GTOが主流だった頃も、90年代からは音を間延びさせたりパルスパターンを減少させるなどの工夫を凝らしていた。性能が向上したこともあるが、これにより音が大きく変わったため、ファンの間では80年代のものを「初期型」、90年代のものを「後期型」などと呼び分けることがある。 なおシーメンス製のGTO素子を用いたインバータ制御装置を搭載した車両では、変ロ長調（トランペットやトロンボーンが該当。ピアノやリコーダー等、一般に馴染みのある「ハ長調」ではない点に注意）で「ミ・ファ・ソ・ラ・シ・ド・レ・ミ・ファ・ソー」という音階の音が主電動機とインバータ制御装置より発せられる。 現在、電車用の直接形交流電力変換器は実用化されていないため、交流電化区間に用いられる電車であっても、一旦直流に整流を行ってから、VVVFインバータを用いる制御（コンバータ・インバータ方式）を行う必要がある。 |
[ 193] 可変電圧可変周波数制御 - Wikipedia
[引用サイト] http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%AF%E5%A4%89%E9%9B%BB%E5%9C%A7%E5%8F%AF%E5%A4%89%E5%91%A8%E6%B3%A2%E6%95%B0%E5%88%B6%E5%BE%A1
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植物の成長は温度に強く影響されることは良く知られている。したがって，気温を独立変数とし，成長量（収量，乾物重，生体重など）を従属変数とするモデル（気温が成長量にどのような影響を及ぼすかを量的に明らかにするモデル）を仮定して，その関係について解析しようとする試みは多くなされてきた。 その際，用いられる気温情報はどのようなものが多いだろうか。たぶん，日平均気温，あるいは昼夜の平均気温であろう。なぜなら，蒸散速度や光合成速度の細かい変化を知りたいのなら10分ごとの気温情報が必要であろうが，成長量はそれほど短時間に変化しないからである。 だから，毎日の平均気温から稲の収量や桜の開花日を予想するモデルがもっとも作りやすい。10分毎の気温を用いて，光強度や湿度のデータとあわせて，10分間の光合成を求め，それを積算して‥‥，転流を考慮して‥‥，などというモデルで収量がまともに推測できるはずはない。 なぜ，日平均気温を用いたモデルが優れているかというと「よく合う」からである。すなわち，日 平均気温のデータから精度良く成長量が推定可能である，ということである。 モデルの話は，ここで終わるが，ここからが本題である制御の話である。勘の良い読者は気が付かれたかと思うが， 施設環境制御においては，暖房と換気はもう何十年もの間，最低気温と最高気温の制御のみに利用されてきた。したがって，今までの制御ロジックで暖房や換気の制御を行っていても日平均気温を制御することはできない。言い換えれば，成長を制御することはできない。せいぜい，暖房設定温度を高めると成長が速くなる，程度のものである。 具体的にいえば，同じ暖房と換気の設定でも，晴れた日の日中の温室内気温は換気（設定）温度に近いかそれより高いかであり，曇りまたは雨の日は，換気温度よりも低く暖房温度に近い場合が多い。つまり，温室内気温は温室外環境に強く影響を受ける，ということが分かる。 制御を正確に行うために最初に考えられることは，植物工場的な制御をすることである。すなわち，自然環境の影響をできるだけ排除して人工光のみを用いて作物を栽培し，気温をエアコンで制御する方法である。この方法ならば，日平均どころか瞬時の気温もかなり正確に設定どおりに制御することが可能である。しかし，この方法が用いられる場面はかなり限られており，多くの場合実現不可能である。 温室での気温を設定値どおりに制御するためには，換気設定温度と暖房設定温度を近くすることが有効である。これにより，温室内気温は暖房と換気で積極的に制御されるようになる。しかし，この方法では暖房と換気を交互に繰り返すことになりやすく，暖房熱を外に逃がしてしまうことになり非効率的である。また，外気温がそれほど低くない場合は，換気を行っても温室内気温が換気設定温度を上回ることはしばしば見られる。したがって，この方法でも温室内気温の日平均気温を制御することは困難である。 日平均気温を制御するために瞬間々々の気温を制御しようとするのは無駄な努力に近い。特に，日中の温室においては日射強度や風速など外乱が多すぎて室内気温を短時間であってもある値に制御することは難しい。また，換気窓が全開になってしまうと温室内気温は「なりゆき」になってしまう。換気設定温度を30℃，暖房設定温度を20℃にしても日平均気温は25℃ぴったりになることはほとんどない。 しかし，ここで紹介する日平均気温制御技術を用いれば0.1℃以内の精度で日平均気温を設定値に等しくすることができる（センサの誤差は除く）。おまけに，今までに述べたような暖房を無駄にしたりすることもないという制御方法である。 この制御方法においては，暖房のみを新たな方法で自動制御することにより日平均気温を正確に制御する。換気も従来の方式で自動制御しても良いがそれは必ずしも必要ない。ビニールハウスなどでサイドや転送を手動で開閉している場合でも日平均気温は正確に制御される。 まず，1日を昼と夜に分ける。それぞれの長さは季節によって異なるが，朝6時から夕方6時までを昼，夕方6時から朝の6時までを夜とする。ここで日長を考慮しても制御が複雑になるだけで得るものはあまりない。 昼間（6時〜18時）は，従来の制御を行う。すなわち，ある換気設定気温を目指して換気窓を自動開閉したり，換気扇をON/OFFしたり，あるいは手動で換気したりする。日射が弱いときは日中でも暖房を行う場合もあるだろう。 このような制御を行いつつデータを取って行けば，18時になるとその日の昼間の平均気温が分かる。昼間の平均気温が分かれば，夜間の平均気温を何℃にすれば日平均気温を設定値にすることができるかが分かる。たとえば，ある温室の日平均気温を23.0℃にしたいとき，昼間の平均気温が26.0℃だったとしたら，夜間の平均気温を20.0℃にすればよい。 ただし，前述のように，暖房設定温度を20.0℃にしたからといって，温室内気温が常に20.0℃に制御されるわけではない。したがって，18時〜6時までの暖房設定温度を20℃に固定してしまうと日平均気温は正確には制御されない。 そこで，18時以降は，制御周期ごとに暖房設定温度を算出していく。たとえば，日平均気温を23.0℃に制御したい場合，夜12時になって，それまで（朝6時〜夜12時）の平均気温が22.0℃ならば，その瞬間の暖房設定温度は，26.0℃になる。実際には，制御周期は5分〜10分なので，微調整を行う感じで暖房設定温度が変更されていく。 このように制御すると，日平均気温は0.1℃の狂いもなく設定値に等しくなる（センサ誤差を除く）。温室の大きさ，暖房機の種類（温湯，温風の別）にかかわらず制御できることがこの制御の特長である。 そもそも，この制御は温室内の作物の成長を制御しようという動機から導入すべきものである。したがって，そのような動機がない場合は無駄な投資になるであろう。しかし，成長制御を目標とする場合は大きな利点がある。 まず，計画生産が可能となる。特に，開花時期や収穫時期を正確に制御したい場合には役に立つであろう。暖冬や厳冬などといった外気の影響を受けないので前年度のデータが翌年度に活用できるはずである。「今年は，日平均気温18℃で育てたら目標の出荷時期よりも1週間遅かった。だから来年は日平均気温18.5℃で制御しよう」というような判断が可能になる。 次に，温室の気温についてあれこれ考える必要がなくなる。前述のように従来のような方法で換気・暖房設定温度を固定していたら，確実に外気の影響を受けて成長速度が変化する。したがって，自分で換気や暖房の設定温度をいじくって成長を制御してやらなければならない。これには，気を使うし結果が保証されていないので無駄な努力に終わる可能性もある。 設定値が必ず実現される。これには，単に制御が正確であるということ以上の意味がある。通常の温室制御においては設定値＝制御結果ではない。したがって，結果をデータとして蓄える必要がある。そのデータをいろいろ解析して，今年の気温変化と成長とをあれこれつき合わせることになる。しかし，平均気温制御においては，設定値が実現されるので，結果についてあれこれ考える必要はない。いつからいつまで何℃に設定した，ということをメモしておけばそれが制御結果となる。 夜温を一定，あるいはあらかじめ定めた値に制御したい場合。この場合は，当然ながら平均気温制御ができない。本制御方法では，夜間の気温を自動的に変動させて日平均気温を制御するためである。たとえば，昼の気温が低いときは夜温を下げて管理したい場合（多くの果菜類）などでは，平均気温制御は不可能である。平均気温制御では，昼の気温が低いと自動的に夜の気温を上げてしまう。 気温が成長に大きな影響を与えていることを利用した制御であるので，成長を制御することが営利的に意義のある作物での利用に適する。 バラ，カーネーション，トルコギキョウなどの切花，洋ラン，シクラメンなどの鉢物，ホウレンソウ，リーフレタスなどの葉菜類，パンジー，ペチュニアなどの花壇苗生産などにおいては，平均気温制御は適している。これらの作物は，主として栄養成長または花蕾の成長をその生育時期のほとんどで行っており，温度が生産物の成長に非常に強く影響を与えるため成長制御をうまく行えるだろう。なお，花蕾の生長は花芽形成が終わってから開花までは栄養成長に似た成長を行うので開花調節に平均気温制御が有効であることが理解されよう。 日平均気温に1日の長さ（24時間）をかけると日積算気温になる。1日の長さは定数なので日平均気温の制御とは，日積算気温の制御と言い換えても良い。積算気温が多くの植物の成長速度を非常にうまく表現することは良く知られている。前述の桜の開花予測モデルにおいても積算気温が主なパラメータになっている。タイトルに「積分制御」と書いてあるのは，このように，平均気温と積算（積分）気温は同じようなものであるということを強調するためである。なお，制御理論における「積分制御」とは無関係なので注意してほしい。 |
[ 194] <Topic>平均気温制御（積分制御）
[引用サイト] http://phdsamj.ac.affrc.go.jp/topic/3_1.html
