JP3011553B2 - Wind speed control device in tunnel - Google Patents
Wind speed control device in tunnelInfo
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- Flow Control (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、道路用トンネルの内部
における風速を制御するトンネル内風速制御装置に関す
るものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunnel wind speed control device for controlling a wind speed inside a road tunnel.
【０００２】[0002]
【従来の技術】一般に、道路用トンネルの内部には換気
用のジェットファンがトンネル長に応じた数だけ設置さ
れている。このジェットファンは、通常、回転方向、及
びオン，オフのみを制御できるものであり、回転速度の
制御はできないものである。したがって、トンネル内の
風速制御は、風速計の計測値に基いてジェットファンの
運転台数を増減することにより行われていた。2. Description of the Related Art Generally, a number of jet fans for ventilation are installed in a road tunnel in accordance with the length of the tunnel. Generally, this jet fan can control only the rotation direction and ON / OFF, but cannot control the rotation speed. Therefore, the control of the wind speed in the tunnel has been performed by increasing or decreasing the number of operating jet fans based on the measured value of the anemometer.
【０００３】図５は、このようなジェットファンの運転
台数の増減による風速制御が行われた場合の特性図の一
例を示すものである。すなわち、平常運転時は、トンネ
ル内の風速が１５〔ｍ／ｓ〕程度になるようにＰＩＤ制
御が行われるが、火災検知器が火災発生を検知すると、
パターン制御により風速が３〔ｍ／ｓ〕程度に落され、
その後、再びＰＩＤ制御が行われていた。FIG. 5 shows an example of a characteristic diagram when the wind speed is controlled by increasing or decreasing the number of operating jet fans. That is, during normal operation, the PID control is performed so that the wind speed in the tunnel is about 15 [m / s], but when the fire detector detects the occurrence of a fire,
The wind speed is reduced to about 3 [m / s] by pattern control,
After that, the PID control was performed again.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、トンネル内
の風速を制御する場合、本来は、トンネル内を走行する
車両による影響を考慮するべきである。しかし、従来の
ＰＩＤ制御によるフィードバック制御では、時々刻々変
化するトンネル内の交通量に正確に対応した制御を行う
のが困難であり、また、１５〔ｍ／ｓ〕程度の高い風速
レベルでは、それほど正確な制御が必要とされるわけで
はないことから、トンネル内の交通量を考慮した制御は
行われていなかった。When controlling the wind speed in a tunnel, the influence of a vehicle traveling in the tunnel should be considered. However, it is difficult for the feedback control based on the conventional PID control to accurately perform control corresponding to the traffic volume in the tunnel that changes every moment. In addition, at a high wind speed level of about 15 [m / s], it is not so large. Since accurate control is not required, control taking into account the traffic volume in the tunnel has not been performed.
【０００５】一方、トンネル内で火災が発生した場合、
トンネル内に残された者の人命確保等の観点からは、走
行車両による交通換気力を考慮したきめ細かい風速制御
を行って、オーバーシュートやハンチングなどの不安定
な制御状態の発生を防止する必要がある。On the other hand, if a fire occurs in a tunnel,
From the viewpoint of securing the lives of persons left in the tunnel, it is necessary to perform fine wind speed control taking into account the traffic ventilation power of the traveling vehicle to prevent the occurrence of unstable control states such as overshoot and hunting. is there.
【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、火災が発生した場合には、トンネル内の交通量を
考慮したきめ細かい風速制御を行うことが可能なトンネ
ル内風速制御装置を提供することを目的としている。The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a tunnel wind speed control device capable of performing fine wind speed control in consideration of the traffic volume in a tunnel when a fire occurs. It is intended to be.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するための手段として、トンネル内に設置された複数の
ファンの運転台数を、平常時は風速計の計測値に基いて
増減することにより、このトンネル内の風速の制御を行
うトンネル内風速制御装置において、前記トンネル内に
進入する走行車両の車両台数を計測するトラフィックカ
ウンタと、前記トンネル内での火災発生を検知する火災
検知器と、前記火災検知器が火災発生を検知した場合
に、その火災発生位置である火点、及び前記トラフィッ
クカウンタからの計測値の入力に基いて、火点上流側の
トンネル内に存在する走行車両の車両台数及び車速、並
びに火点下流側のトンネル内に存在する走行車両の車両
台数及び車速を所定時間毎に演算するトンネル内交通量
推定手段と、前記トンネル内交通量推定手段が推定した
火点上流側及び火点下流側の車両台数及び車速、前記風
速計が計測した風速値、並びに現在のファンの運転台数
の入力に基いて、風速制御対象モデルの演算を行う風速
制御対象モデル演算手段と、前記風速制御対象モデル演
算手段が演算したモデルに対し、閉ループ系の状態方程
式を求め、この閉ループ系の速応性及びロバスト性を定
める指針となるＨ∞制御設計用の重み関数を設定し、更
に、この重み関数を含むＨ∞制御用のプラント方程式を
作成し、このプラント方程式に対して、Ｈ∞ノルムを所
定値未満に抑える伝達関数を求めることにより、最適の
ゲインを演算する最適ゲイン演算手段と、前記最適ゲイ
ン演算手段が演算した最適ゲインに基いて、トンネル内
の目標風速に対応するファンの運転台数を演算するフィ
ードバック制御手段と、を備えたことを特徴とするもの
である。According to the present invention, as a means for solving the above-mentioned problem, the number of operating fans of a plurality of fans installed in a tunnel is increased or decreased in normal times based on a measurement value of an anemometer. Thus, in the tunnel wind speed control device that controls the wind speed in the tunnel, a traffic counter that measures the number of traveling vehicles entering the tunnel, a fire detector that detects the occurrence of fire in the tunnel When the fire detector detects a fire, the fire point, which is the fire occurrence position, and the input of the measurement value from the traffic counter, the upstream of the fire point
Number and speed of traveling vehicles in the tunnel, average
And vehicles running in the tunnel downstream of the fire point
A tunnel traffic estimating means for calculating the number and the vehicle speed at predetermined time intervals, the tunnel traffic estimation means has estimated
Wind speed control target model calculation that calculates the wind speed control target model based on the input of the number of vehicles and the vehicle speed on the upstream side of the fire point and the downstream side of the fire point, the wind speed value measured by the anemometer, and the current number of operating fans. Means and a model of the wind speed control object model.
For the model calculated by the calculation means , the state equation of the closed loop system
Equation to determine the responsiveness and robustness of this closed-loop system.
Weighting function for H∞ control design,
Then, the plant equation for H∞ control including this weight function is
And then assign H∞ norm to this plant equation.
By finding the transfer function that keeps it below the fixed value,
An optimum gain calculating means for calculating a gain; and a feedback control means for calculating the number of operating fans corresponding to a target wind speed in the tunnel based on the optimum gain calculated by the optimum gain calculating means. It is assumed that.
【０００８】[0008]
【作用】トンネル内の風速をフィードバック制御する場
合、制御対象モデルをできるだけ正確に表現することが
重要である。トンネル内の圧力収支に関しては、曲がり
損失、トンネル内の設備による損失などを省略すれば、
交通換気力、自然風による昇圧力、壁面摩擦による車道
損失、ジェットファンによる昇圧力などが考えられる。
これらのうち、交通換気力は火災発生時の状況に大きく
左右されるとともに、時間が経過するにつれて大きく変
動するが、交通換気力がトンネル内の風速に与える影響
はきわめて大きいため、何らかの方法で推定し制御対象
モデルに含ませることが望まれる。When a wind speed in a tunnel is feedback-controlled, it is important to express a controlled object model as accurately as possible. Regarding the pressure balance in the tunnel, if bending losses and losses due to equipment in the tunnel are omitted,
Possible factors include traffic ventilation, boosting force due to natural wind, roadway loss due to wall friction, and boosting force due to jet fans.
Of these, traffic ventilation power greatly depends on the situation at the time of the fire and fluctuates greatly over time.However, traffic ventilation power has a very large effect on the wind speed in the tunnel, and is estimated by some method. It is desired to include it in the control target model.
【０００９】そこで、本発明ではつぎの方法により交通
換気力を推定する。まず、トラフィックカウンタを用い
て、平常時よりトンネル内を走行する車両の台数および
平均車速を推定しておく。火災発生時には、火災検知器
により火点を特定し、火点上流の車両は順次停車し、火
点下流の車両は火災発生前と同じ速度で下流に避難する
と仮定する。この仮定に基き、火点上流側、下流側にお
ける走行車両の台数および平均車速を計算し、交通換気
力を推定する。Therefore, in the present invention, the traffic ventilation power is estimated by the following method. First, the traffic counter is used to estimate the number of vehicles traveling in the tunnel and the average vehicle speed from normal times. When a fire occurs, it is assumed that the fire detector specifies a fire point, vehicles upstream of the fire point stop sequentially, and vehicles downstream of the fire point evacuate downstream at the same speed as before the fire. Based on this assumption, the number of traveling vehicles and the average vehicle speed on the upstream side and the downstream side of the fire point are calculated, and the traffic ventilation power is estimated.
【００１０】火災発生後、時間の経過とともに、火点上
流側では火災に気付かずにトンネル内に進入してくる車
両により車両台数が増加するとともに、停止車両の増加
により平均車速が減少する。また、火点下流側では避難
した車両により車両台数が減少する。そこで本発明で
は、設定した時間ごとに交通換気力を推定し直し、制御
対象モデルを更新する方法を採用する。After the occurrence of a fire, as the time elapses, the number of vehicles on the upstream side of the fire point increases due to vehicles entering the tunnel without noticing the fire, and the average vehicle speed decreases due to an increase in stopped vehicles. Further, the number of vehicles on the downstream side of the fire point decreases due to the evacuated vehicles. Therefore, the present invention employs a method of re-estimating the traffic ventilation power at each set time and updating the control target model.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基いて説明
する。図１は、本発明の一実施例を示すブロック図であ
る。まず、トラフィックカウンタ１および火災検知器２
から得られるデータを用いて、トンネル内交通量推定手
段３により火災発生後のトンネル内の交通量を推定す
る。つぎに、風速計４より得られるトンネル内風速
Ｖr 、ジェットファン運転台数ＮJF、および推定したト
ンネル内交通量から、風速制御対象モデル演算手段５に
より制御対象モデルを演算する。その結果得られた制御
対象モデルに対し、最適ゲイン演算手段６により最適ゲ
インを演算する。最後に、計算した最適ゲインを用いて
フィードバック制御手段７により目標風速Ｖrrefに対す
るジェットファン運転台数指令ＮJFref を演算する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention. First, the traffic counter 1 and the fire detector 2
The traffic volume in the tunnel after the occurrence of the fire is estimated by the traffic volume in the tunnel estimation means 3 using the data obtained from Next, a control target model is calculated by the wind speed control target model calculating means 5 from the tunnel wind speed V r obtained from the anemometer 4, the number of operating jet fans N JF , and the estimated tunnel traffic volume. The optimum gain calculation means 6 calculates the optimum gain for the control target model obtained as a result. Finally, the feedback control means 7 calculates the jet fan operating number command N JFref for the target wind speed V rref using the calculated optimum gain.
【００１２】そして、トンネル内交通量推定手段３、風
速制御対象モデル演算手段５、最適ゲイン演算手段６、
フィードバック制御手段７によりファン運転数指令装置
１１が構成されている。The traffic volume estimating means 3 in the tunnel, the wind speed control object model calculating means 5, the optimum gain calculating means 6,
The feedback control means 7 constitutes a fan operation number command device 11.
【００１３】図２は、いわゆる縦流式の換気方式を採用
した一方向交通トンネル内における各構成機器の配置状
況を示した説明図である。すなわち、トンネル内入口に
１台のトラフィックカウンタ８が設けられると共に、天
井には複数の火災検知器９及び風速計１２が設けられて
おり、これらの検出信号がファン運転数指令装置１１に
送られるようになっている。そして、ファン運転数指令
装置１１は、これらの検出信号の入力に基いて、天井に
取付けられているジェットファン１０の運転台数につき
指令信号を出力し、適正な数のジェットファン１０を運
転するようになっている。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the arrangement of components in a one-way traffic tunnel employing a so-called longitudinal ventilation system. That is, one traffic counter 8 is provided at the entrance in the tunnel, and a plurality of fire detectors 9 and anemometers 12 are provided on the ceiling. These detection signals are sent to the fan operation number command device 11. It has become. Then, based on the input of these detection signals, the fan operation number command device 11 outputs a command signal for the number of operating jet fans 10 mounted on the ceiling, and operates the appropriate number of jet fans 10. It has become.
【００１４】ファン運転数指令制御装置１１が適正な運
転台数を指令できるようにするため、トンネル内交通量
推定手段３、風速制御対象モデル演算手段５、最適ゲイ
ン演算手段６、及びフィードバック制御手段７は、以下
に述べるように、設定時間毎に所定の演算を行うように
なっている。In order that the fan operation number command control device 11 can instruct an appropriate number of operation units, the traffic volume estimation means in the tunnel 3, the wind speed control target model calculation means 5, the optimum gain calculation means 6, and the feedback control means 7 Performs a predetermined calculation every set time as described below.
【００１５】まず、トンネル内交通量推定手段３の演算
内容につき説明する。本手段は、火災発生後に、トンネ
ル内を走行する車両の台数および平均車速を推定する手
段である。推定の際の初期値を得るため、平常時よりト
ラフィックカウンタを用いて、走行車両の台数および平
均車速を推定しておく。First, the calculation contents of the traffic volume estimation means 3 in the tunnel will be described. This means is means for estimating the number of vehicles traveling in the tunnel and the average vehicle speed after the occurrence of a fire. In order to obtain an initial value at the time of estimation, the number of traveling vehicles and the average vehicle speed are estimated using a traffic counter from normal times.
【００１６】すなわち、まず、トラフィックカウンタの
台数積算時間Δｔ〔ｓ〕を定め、Δｔ〔ｓ〕間のトラフ
ィックカウンタの検出台数および平均車速を測定する。
トンネル全長をＬ〔ｍ〕、ｋ回目の測定における台数お
よび車速をそれぞれｎk 〔台〕，Ｖt(k)〔ｍ／ｓ〕とす
れば、トンネル内の走行車両台数Ｎk 〔台〕は、つぎの
漸化式により推定される Ｖt(k)・Δｔ≧Ｌのとき Ｎk ＝ｎk ・Ｌ／（Ｖt(k)・Δｔ） …（１） Ｖt(k)・Δｔ＜Ｌのとき Ｎk ＝ｎK ＋ｍａｘ｛０，ｎk-1 ・（Ｌ−Ｖt(k-1)・Δｔ）／ （Ｖt(k-1)・Δｔ）｝ …（２） 式（１）、式（２）は、トンネル内の車両が等間隔、等
速度で走行しているという仮定のもとに成立する。本推
定法の特徴は、式（２）において前回の測定値（台数お
よび車速）を用いる点である。That is, first, the integrated time Δt [s] of the traffic counter is determined, and the number of detected traffic counters and the average vehicle speed during Δt [s] are measured.
Assuming that the total length of the tunnel is L [m], the number of vehicles and the vehicle speed in the k-th measurement are nk [vehicle] and Vt (k) [m / s], the number of vehicles Nk [vehicles] running in the tunnel is When Vt (k) · Δt ≧ L estimated by the following recurrence formula, Nk = nk · L / (Vt (k) · Δt) (1) Vt (k) · Δt < In the case of L, N k = n K + max {0, nk−1 · (L−Vt (k−1) · Δt) / (Vt (k−1) · Δt)} (2) Equation (1) ) And equation (2) hold under the assumption that the vehicles in the tunnel are traveling at equal intervals and at the same speed. The feature of this estimation method is that the previous measured values (number and vehicle speed) are used in equation (2).
【００１７】火災が発生した際には、まず火災検知器に
より火点を特定し、火点の上流側と下流側に分割して、
火災発生後の台数および車速を推定する。上記の方法に
より推定した、火災発生直前のトンネル内車両台数をＮ
o 〔台〕、平均車速をＶo 〔ｍ／ｓ〕とし、火点上流側
と下流側の長さの比をα：１−αとすれば、火災発生後
の台数および車速はつぎのように推定される。When a fire occurs, first, a fire point is specified by a fire detector and divided into an upstream side and a downstream side of the fire point.
Estimate the number and vehicle speed after the fire. The number of vehicles in the tunnel immediately before the occurrence of the fire estimated by the above method is N
o [vehicle], the average vehicle speed is V o [m / s], and the ratio of the length of the upstream side to the downstream side of the fire point is α: 1−α. Presumed.
【００１８】(1) 火点上流側 台数：α・Ｎo ＋Σ｛ｎi ｝〔台〕 車速：Ｖt(k)／２〔ｍ／ｓ〕 ここで、Σ｛ｎi ｝は火災発生後の進入車両の台数であ
る。 (2) 火点下流側 台数：ｍａｘ｛０，Ｎo ・｛（１−α）・Ｌ−Ｖo ・ｔ
f ｝／Ｌ｝〔台〕 車速：Ｖo 〔ｍ／ｓ〕 ここで、ｔf は火災発生後の経過時間である。[0018] (1) Flash point upstream Number: α · N o + Σ { n i} [base] speed: V t (k) / 2 [m / s] Here, Σ {n i} after fire Is the number of vehicles approaching. (2) Downstream of the fire point Number: max 台 数 0, N o · ｛(1-α) · LV o · t
f} / L} [base] speed: V o [m / s] where, t f is the time elapsed after fire.
【００１９】上記の推定値は以下の仮定に基いて求めら
れている。 ・火災発生後、火点上流側の車両は順次停車していく
が、簡単のため入口付近の車速と火点付近の車速（０
〔ｍ／ｓ〕）を平均し、平均車速とする。 ・火点下流側の車両は、火災発生時と同じ速度でトンネ
ル外に避難する。The above estimated values are obtained based on the following assumptions.・ After a fire, vehicles upstream of the fire point stop sequentially, but for simplicity, the vehicle speed near the entrance and the vehicle speed near the fire point (0
[M / s]) to obtain an average vehicle speed.・ Vehicles downstream of the fire will evacuate outside the tunnel at the same speed as when the fire occurred.
【００２０】次に、風速制御対象モデル演算手段５の演
算内容について説明する。トンネル内プロセスの基礎方
程式は、トンネル内の空気を非圧縮性流体と仮定した場
合に、運動の第２法則より次式のようになる。Next, the calculation contents of the wind speed control target model calculation means 5 will be described. The basic equation of the process in the tunnel is as follows from the second law of motion, assuming that the air in the tunnel is an incompressible fluid.
【数１】 (Equation 1)
【００２１】ただし、 ρ ：空気密度〔kg／ｍ3 〕 Ｖr ：トンネル内風速〔ｍ／ｓ〕 Ｐt ：交通換気力〔ｐａ〕 Ｐm ：自然換気力〔ｐａ〕 Ｐr ：車道損失〔ｐａ〕 ＮJF：ジェットファン運転台数〔台〕 ＰJF：ジェットファン昇圧力〔ｐａ〕 であるとする。Where ρ: air density [kg / m 3 ] V r : wind speed in tunnel [m / s] P t : traffic ventilation power [pa] P m : natural ventilation power [pa] P r : roadway loss [ pa] N JF : Number of jet fans operated [unit] P JF : Jet fan boosting power [pa].
【００２２】Ｐt 〜ＰJFはそれぞれ以下のように計算さ
れる。P t to P JF are calculated as follows.
【数２】 ただし、 Ａt ：自動車等価抵抗面積〔ｍ2 〕 Ａr ：車道断面積〔ｍ2 〕 Ｎ1 ：上流側車両台数〔台〕（手段３にて推定） Ｖ1 ：上流側平均速度〔ｍ／ｓ〕（手段３にて推定） Ｎ2 ：下流側車両台数〔台〕（手段３にて推定） Ｖ2 ：下流側平均速度〔ｍ／ｓ〕（手段３にて推定） ζe ：トンネル入口流入損失係数［−］ λ ：トンネル壁面摩擦係数［−］ Ｄr ：トンネル代表寸法〔ｍ〕 Ｖn ：自然風風速〔ｍ／ｓ〕 ＡJ ：ジェットファン吹き出し面積〔ｍ2 〕 ＶJ ：ジェットファン吹き出し速度〔ｍ／ｓ〕 であるとする。(Equation 2) However, A t: Automobile equivalent resistance area [m 2] A r: roadway cross-sectional area [m 2] N 1: (estimated by means 3) upstream vehicle volume [base] V 1: upstream average speed [m / s] (estimated by means 3) N 2 : number of vehicles on the downstream side [vehicle] (estimated by means 3) V 2 : average downstream speed [m / s] (estimated by means 3) ζ e : tunnel entrance Inflow loss coefficient [-] λ: Tunnel wall friction coefficient [-] D r : Tunnel representative dimension [m] V n : Natural wind velocity [m / s] A J : Jet fan blowing area [m 2 ] V J : Jet It is assumed that the fan blowing speed is [m / s].
【００２３】しかし、（３）式は状態変数Ｖr について
線形ではない。そこで、ジェットファン運転台数をΔＮ
JF〔台〕増加したとき、それに応じてトンネル内風速が
ΔＶr 〔ｍ／ｓ〕増加したと仮定し、（３）式に次式
（８），（９）を代入する。 ＮJF＝ＮJF * ＋ΔＮJF …（８） Ｖr ＝Ｖr * ＋ΔＶr …（９） 自然風の風速が一定であるとの仮定のもとで、（３）式
を（Ｖr * ，ＮJF * ）のまわりでテイラー展開し、２次
以上の項を無視すれば、ΔＮJFを入力、ΔＶrを状態変
数および出力とする線形近似モデル式（１０）が得られ
る。However, equation (3) is not linear with respect to the state variable Vr . Therefore, the number of operating jet fans is ΔN
Assuming that when the JF is increased, the wind speed in the tunnel is increased by ΔV r [m / s] accordingly, and the following expressions (8) and (9) are substituted into the expression (3). N JF = N JF * + ΔN JF (8) V r = V r * + ΔV r (9) Under the assumption that the wind speed of the natural wind is constant, the equation (3) is changed to (V r * , N JF *) and Taylor expansion around, ignoring the second and higher terms, enter .DELTA.N JF, linear approximation model equation for the state variables and output ΔV r (10) is obtained.
【００２４】[0024]
【数３】 ただし、（１０）式における係数Ａg ，Ｂg はそれぞれ
次式（１１），（１２）で表わされるものである。(Equation 3) However, the coefficients A g and B g in the equation (10) are represented by the following equations (11) and (12), respectively.
【数４】 (Equation 4)
【００２５】次に、最適ゲイン演算手段６の演算内容に
つき説明する。本手段は、上記の風速制御対象モデル計
算手段５より得られる線形近似モデルに対して、最適ゲ
インを計算する手段である。本実施例では、Ｈ∞制御を
用いて最適ゲインを計算する。Ｈ∞制御は、制御対象の
特性が多少変動しても性能が著しく劣化することがな
い、頑健な（ロバストな）制御系を構成できるという特
徴を有するため、近年盛んに実用例が報告されている。
本実施例では、Ｈ∞制御を用いることにより、交通換気
力の推定誤差や線形化モデルを得る際の近似誤差などに
対し、ロバストな制御系を構成する。Next, the operation of the optimum gain operation means 6 will be described. This means is a means for calculating an optimum gain for the linear approximation model obtained by the wind speed control object model calculation means 5 described above. In the present embodiment, the optimum gain is calculated using H∞ control. The H∞ control has a feature that a robust (robust) control system can be configured without significantly deteriorating the performance even if the characteristics of the control object slightly change, and practical examples have been actively reported in recent years. I have.
In the present embodiment, by using the H∞ control, a control system that is robust against an estimation error of the traffic ventilation force, an approximation error when obtaining a linearized model, and the like is configured.
【００２６】Ｈ∞制御により最適ゲインを求める方法に
ついては、例えば下記の文献などに記載されているの
で、ここでは詳細な説明を省略する。 ・三平満司：「Ｈ∞制御の考え方と最近の話題」、ＳＩ
ＣＥ九州フォーラム' ９０ 資料 ・三平満司、美多勉：「状態空間論によるＨ∞制御の解
法」、計測と制御、ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．２，（１９９
０年２月）The method for obtaining the optimum gain by the H∞ control is described in, for example, the following literature and the like, and a detailed description thereof will be omitted here.・ Mitsumi Sanpeira: "H∞ control concept and recent topics", SI
CE Kyushu Forum '90 Source ・ Mitsuji Mihira, Tsutomu Mita: “Solution of H∞ control by state space theory”, Measurement and Control, vol. 29, No. 2, (199
February, 0)
【００２７】図４に本手段のフローチャートを示す。以
下、このフローチャートの番号（１）〜（６）に沿って
説明する。FIG. 4 shows a flowchart of the present means. Hereinafter, description will be made along the numbers (1) to (6) of this flowchart.
【００２８】(1) 開ループ系の状態方程式を求める。制
御対象モデルの状態方程式（１３），（１４）を求め
る。(1) Find the state equation of the open loop system. The state equations (13) and (14) of the control target model are obtained.
【数５】 本実施例においては、上記の風速制御対象モデル計算手
段５より得られる（１０）式に相当する。すなわち、 ｘ ：ΔＶr 〔ｍ／ｓ〕 ｕ ；ΔＮJF〔台〕 Ａg ：（１１）式により計算する。 Ｂg ：（１２）式により計算する。 Ｃg ：１ である。(Equation 5) In the present embodiment, this corresponds to the equation (10) obtained from the wind speed control object model calculation means 5 described above. That, x: ΔV r [m / s] u; .DELTA.N JF [base] A g: (11) calculated by formula. B g : Calculated by equation (12). C g : 1.
【００２９】(2) Ｈ∞制御設計用の重み関数Ｗ
1 （ｓ），Ｗ2 （ｓ）を設定する。Ｈ∞制御設計では、
重み関数Ｗ1 （ｓ），Ｗ2 （ｓ）は閉ループ系の速応
性、ロバスト性を定める指針となるため、制御仕様に応
じて適切に設定する必要がある。この設定法について
は、参考文献に記されているので説明を省略する。(2) Weight function W for H∞ control design
1 (s) and W 2 (s) are set. In H∞ control design,
The weight functions W 1 (s) and W 2 (s) serve as guidelines for determining the responsiveness and robustness of the closed-loop system, and therefore need to be appropriately set according to the control specifications. This setting method is described in the reference document, and thus the description is omitted.
【００３０】(3) Ｈ∞制御用のプラント方程式を作成す
る。Ｈ∞制御系を設計する際には、状態方程式（１
３），（１４）と重み関数Ｗ1（ｓ），Ｗ2 （ｓ）を含
めた形でのプラント方程式を作成する必要がある。状態
方程式（１３），（１４）の伝達関数をＧ（ｓ）とすれ
ば、Ｗ1 （ｓ），Ｇ（ｓ）・Ｗ2 （ｓ）の状態空間表現
はそれぞれ、次式（１５）〜（１７）のように表わされ
る。(3) Create a plant equation for H∞ control. When designing an H∞ control system, the state equation (1
It is necessary to create a plant equation including 3) and (14) and the weight functions W 1 (s) and W 2 (s). Assuming that the transfer functions of the state equations (13) and (14) are G (s), the state space expressions of W 1 (s), G (s) and W 2 (s) are expressed by the following equations (15) to (15), respectively. It is represented as (17).
【数６】 したがって、プラント方程式は次式（１８）〜（２０）
のように与えられる。(Equation 6) Therefore, the plant equation is expressed by the following equations (18) to (20).
Is given as
【数７】 (Equation 7)
【００３１】ただし、上記プラント方程式において、
ｒ，ｕ，ｚ，ｅは以下のとおりである。 ｒ：目標値 ｕ：制御入力 ｚ：制御出力 ｅ：偏差 簡単のため、プラント方程式の係数行列をつぎのように
名付け、以後これを使用する。However, in the above plant equation,
r, u, z, e are as follows. r: target value u: control input z: control output e: deviation For simplicity, the coefficient matrix of the plant equation is named as follows, and will be used hereinafter.
【数８】 (Equation 8)
【００３２】(4) 最適ゲインを計算する。Ｈ∞制御で
は、プラント方程式（１８）〜（２０）に対し、目標値
ｒから制御出力ｚまでの伝達関数Ｇzr（ｓ）のＨ∞ノル
ムをある値γ未満に抑えるような出力フィードバック則 ｕ＝Ｋ（ｓ）・ｙ …（２１） を求める。Ｋ（ｓ）を求める方法について簡単に説明す
る。つぎに示す２つのリカッチ方程式（２２），（２
３）の半正定解をそれぞれＰ，Ｑとする。(4) Calculate the optimum gain. In the H∞ control, for the plant equations (18) to (20), an output feedback rule u that suppresses the H∞ norm of the transfer function G zr (s) from the target value r to the control output z below a certain value γ. = K (s) · y (21) A method for obtaining K (s) will be briefly described. The following two Riccati equations (22), (2
The semi-positive definite solutions in 3) are P and Q, respectively.
【数９】 (Equation 9)
【００３３】そして、リカッチ方程式（２１），（２
２）の半正定解Ｐ，Ｑを用いて、Ｆ，Ｌ，Ｚを次式（２
４）〜（２６）のように定義する。Then, Riccati equations (21) and (2)
Using the semipositive definite solutions P and Q of 2), F, L, and Z are expressed by the following equation (2).
4) to (26).
【数１０】 また、波ダッシュＡ，波ダッシュＢ，波ダッシュＣを次
式（２７）〜（２９）のように選ぶ。(Equation 10) Wave dashes A, B and C are selected as in the following equations (27) to (29).
【数１１】 このとき、求めるＫ（ｓ）はつぎのように計算できる。[Equation 11] At this time, the obtained K (s) can be calculated as follows.
【数１２】 (Equation 12)
【００３４】(5) 最適ゲインの評価を行う。上記の方法
で計算した最適ゲインを用いて構成した制御系に対し、
シミュレーション解析やボード線図による解析を行い、
制御性能の評価を行う。(5) The optimum gain is evaluated. For the control system configured using the optimal gain calculated by the above method,
Perform simulation analysis and analysis using Bode diagrams,
Evaluate control performance.
【００３５】(6) 所望の結果が得られたか判断する。上
記（５）の評価結果が満足のいくものであれば、終了す
る。そうでなければ、上記（２）に戻る。(6) Determine whether the desired result has been obtained. If the evaluation result of the above (5) is satisfactory, the process ends. Otherwise, return to the above (2).
【００３６】最後に、フィードバック演算手段７の演算
内容につき説明する。本手段は、上記の最適ゲイン計算
手段６より得られるゲインを用いて、トンネル内の風速
のフィードバック制御を行う手段である。図３に本手段
のブロック図を示す。図３における波ダッシュＡ，波ダ
ッシュＢ，波ダッシュＣは、上記最適ゲイン計算手段６
より得られる最適ゲイン行列（２７），（２８），（２
９）である。まず、目標風速Ｖrrefと現状の風速Ｖr と
の差を求め、ジェットファン運転台数の修正量を計算す
る。そして、その結果を現状の運転台数ＮJFに加えるこ
とによりジェットファン運転台数指令ＮJFref を計算す
る。Finally, the contents of the operation of the feedback operation means 7 will be described. This means is a means for performing feedback control of the wind speed in the tunnel using the gain obtained from the optimum gain calculating means 6. FIG. 3 shows a block diagram of the present means. Wave dash A, wave dash B, and wave dash C in FIG.
(27), (28), (2)
9). First, determine the difference between the target wind speed V rref and current status of wind speed V r, to calculate the correction amount of the jet fan the number of operating units. Then, a jet fan operating number command N JFref is calculated by adding the result to the current operating number N JF .
【００３７】本実施例は概ね上述した通りのものであ
る。本実施例は、従来考慮されていなかった交通換気力
を制御対象モデルに含んでいるため、交通量の多いトン
ネルや長大トンネル、および火災初期の段階など交通換
気力の影響が大きい場合には特に有効である。また、交
通量の推定は、トンネル入口に１台のトラフィックカウ
ンタを設置すればよく、きわめて簡便な方法で行うこと
ができる。The present embodiment is substantially as described above. In the present embodiment, since the traffic ventilation power that has not been considered in the past is included in the control target model, especially when the influence of the traffic ventilation power is large, such as in a tunnel with a large traffic volume, a long tunnel, and the early stage of a fire, It is valid. Further, the traffic volume can be estimated by installing a single traffic counter at the entrance of the tunnel, and can be performed by a very simple method.
【００３８】上述の実施例では、トンネル入口に１台の
トラフィックカウンタを設置する場合について述べた
が、トンネル内部やトンネル出口にもトラフィックカウ
ンタが設置してある場合には、それらを有効に利用する
ことによりさらに正確な交通量の推定が可能となる。例
えば、トンネル内部にトラフィックカウンタが設置して
ある場合には、トンネル内をトラフィックカウンタの設
置箇所を境界とするいくつかのセクションに分け、各セ
クションごとに交通量を推定することが可能となる。ま
た、トンネル出口にトラフィックカウンタが設置してあ
る場合には、トンネル外に避難した車両台数が正確に測
定できる。In the above embodiment, one traffic counter is installed at the entrance of the tunnel. However, when traffic counters are installed inside the tunnel or at the exit of the tunnel, they are effectively used. This allows more accurate estimation of traffic volume. For example, when a traffic counter is installed inside a tunnel, the inside of the tunnel can be divided into several sections bordering the location where the traffic counter is installed, and the traffic volume can be estimated for each section. When a traffic counter is installed at the exit of the tunnel, the number of vehicles evacuated outside the tunnel can be accurately measured.
【００３９】なお、対象トンネルが対面交通の場合に
も、両方向の交通換気力を別々に推定することにより対
応できる。また、本実施例では、図５において、火災発
生後に風速が３．０〔ｍ／ｓ〕にダウンした後の従来の
ＰＩＤ制御を、上述したＨ∞制御で代替しようとするも
のであるが、火災発生前の制御については、従来のＰＩ
Ｄ制御あるいはＨ∞制御のいずれであってもよい。Incidentally, even when the target tunnel is face-to-face traffic, it can be dealt with by separately estimating the traffic ventilation power in both directions. Further, in the present embodiment, in FIG. 5, the conventional PID control after the wind speed is reduced to 3.0 [m / s] after the occurrence of a fire is to be replaced with the above-described H∞ control. For control before a fire occurs, the conventional PI
Either D control or H∞ control may be used.
【００４０】[0040]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
トラフィックカウンタと火災検知器を用いて火災時にお
ける交通換気力を推定し、これを制御対象モデルに加え
て、制御対象モデルを設定時間ごとに更新し、ジェット
ファン運転台数指令を計算し直す構成としたので、火災
時におけるトンネル内風速を速やかに目標値に移行する
ことができ、きめ細かな風速制御を行うことが可能とな
る。As described above, according to the present invention,
Estimate the traffic ventilation capacity in the event of a fire using a traffic counter and fire detector, add this to the control target model, update the control target model every set time, and recalculate the jet fan operation number command. Therefore, the wind speed in the tunnel at the time of fire can be promptly shifted to the target value, and fine wind speed control can be performed.
【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of the present invention.
【図２】図１における各構成機器の配置状況を示す説明
図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an arrangement state of each component device in FIG. 1;
【図３】図１におけるフィードバック制御手段の構成を
示すブロック図。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a feedback control unit in FIG. 1;
【図４】図１における最適ゲイン演算手段の演算内容を
説明するためのフローチャート。FIG. 4 is a flowchart for explaining the calculation contents of an optimum gain calculation means in FIG. 1;
【図５】従来例の風速制御の一例を示す特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of a conventional wind speed control.
１ トラフィックカウンタ ２ 火災検知器 ３ トンネル内交通量推定手段 ４ 風速計 ５ 風速制御対象モデル演算手段 ６ 最適ゲイン演算手段 ７ フィードバック演算手段 Reference Signs List 1 traffic counter 2 fire detector 3 traffic volume estimating means 4 anemometer 5 wind speed control target model calculating means 6 optimal gain calculating means 7 feedback calculating means
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−260300（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−243102（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−54000（ＪＰ，Ａ) 市原敏克、外２名、「道路トンネル換 気制御」、富士時報、平成元年12月10 日、第62巻、第12号、Ｐ．787−794 千田有一、外１名、「Ｈ∞制御入 門」、機械設計、平成３年、第35巻、第 ８号（1991年６月臨時増刊号）、Ｐ．74 −79 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05B 13/00 - 13/04 G05B 11/18 E21F 1/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)Continuation of the front page (56) References JP-A-3-260300 (JP, A) JP-A-1-243102 (JP, A) JP-A-61-54000 (JP, A) Toshikatsu Ichihara, two others, Road Tunnel Ventilation Control, ”Fuji Times, December 10, 1989, Vol. 62, No. 12, p. 787-794 Yuichi Senda, one outsider, "Introduction to HII Control", Mechanical Design, 1991, Vol. 35, No. 8, June 1991 extra edition. 74 -79 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G05B 13/00-13/04 G05B 11/18 E21F 1/00 JICST file (JOIS)
Claims (1)
転台数を、平常時は風速計の計測値に基いて増減するこ
とにより、このトンネル内の風速の制御を行うトンネル
内風速制御装置において、 前記トンネル内に進入する走行車両の車両台数を計測す
るトラフィックカウンタと、 前記トンネル内での火災発生を検知する火災検知器と、 前記火災検知器が火災発生を検知した場合に、その火災
発生位置である火点、及び前記トラフィックカウンタか
らの計測値の入力に基いて、火点上流側のトンネル内に
存在する走行車両の車両台数及び車速、並びに火点下流
側のトンネル内に存在する走行車両の車両台数及び車速
を所定時間毎に演算するトンネル内交通量推定手段と、 前記トンネル内交通量推定手段が推定した火点上流側及
び火点下流側の車両台数及び車速、前記風速計が計測し
た風速値、並びに現在のファンの運転台数の入力に基い
て、風速制御対象モデルの演算を行う風速制御対象モデ
ル演算手段と、前記風速制御対象モデル演算手段 が演算したモデルに対
し、閉ループ系の状態方程式を求め、この閉ループ系の
速応性及びロバスト性を定める指針となるＨ∞制御設計
用の重み関数を設定し、更に、この重み関数を含むＨ∞
制御用のプラント方程式を作成し、このプラント方程式
に対して、Ｈ∞ノルムを所定値未満に抑える伝達関数を
求めることにより、最適のゲインを演算する最適ゲイン
演算手段と、 前記最適ゲイン演算手段が演算した最適ゲインに基い
て、トンネル内の目標風速に対応するファンの運転台数
を演算するフィードバック制御手段と、 を備えたことを特徴とするトンネル内風速制御装置。1. A tunnel wind speed control device for controlling the wind speed in a tunnel by increasing or decreasing the operating number of a plurality of fans installed in the tunnel in normal times based on a measurement value of an anemometer. A traffic counter for measuring the number of traveling vehicles entering the tunnel; a fire detector for detecting the occurrence of a fire in the tunnel; and a fire when the fire detector detects the occurrence of a fire.
Based on the input of the fire point, which is the occurrence position, and the measurement value from the traffic counter ,
Number and speed of existing traveling vehicles, and downstream of the fire point
Number and speed of traveling vehicles in the side tunnel
Is calculated at predetermined time intervals, and the upstream of the fire point estimated by the traffic volume estimation means in the tunnel.
Number of vehicles and a vehicle speed of the fine fire point downstream, the wind speed value where the anemometer is measured, and based on the input of the current fan operating number, and Wind controlled object model calculator for performing calculation of wind speed controlled object model, wherein For the model calculated by the wind speed control target model calculation means , a state equation of a closed loop system is obtained, and the closed loop system
H∞ control design as a guideline for determining responsiveness and robustness
Weighting function is set, and H∞ including the weighting function is set.
Create a plant equation for control, and use this plant equation
For the transfer function that keeps the H∞ norm below a predetermined value.
Calculating the optimum gain by calculating the optimum gain; anda feedback control means for calculating the number of operating fans corresponding to the target wind speed in the tunnel based on the optimum gain calculated by the optimum gain calculating means. A wind speed control device in a tunnel, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4264889A JP3011553B2 (en) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | Wind speed control device in tunnel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06119007A JPH06119007A (en) | 1994-04-28 |
| JP3011553B2 true JP3011553B2 (en) | 2000-02-21 |
Family
ID=17409638
Family Applications (1)
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| JP4264889A Expired - Lifetime JP3011553B2 (en) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | Wind speed control device in tunnel |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3011553B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107288675A (en) * | 2017-08-01 | 2017-10-24 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | Tunnel intelligent aeration control method |
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-
1992
- 1992-10-02 JP JP4264889A patent/JP3011553B2/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
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|---|
| 千田有一、外１名、「Ｈ∞制御入門」、機械設計、平成３年、第３５巻、第８号（１９９１年６月臨時増刊号）、Ｐ．７４−７９ |
| 市原敏克、外２名、「道路トンネル換気制御」、富士時報、平成元年１２月１０日、第６２巻、第１２号、Ｐ．７８７−７９４ |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107288675A (en) * | 2017-08-01 | 2017-10-24 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | Tunnel intelligent aeration control method |
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| JPH06119007A (en) | 1994-04-28 |
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