JP3011553B2 - トンネル内風速制御装置 - Google Patents
トンネル内風速制御装置Info
- Publication number
- JP3011553B2 JP3011553B2 JP4264889A JP26488992A JP3011553B2 JP 3011553 B2 JP3011553 B2 JP 3011553B2 JP 4264889 A JP4264889 A JP 4264889A JP 26488992 A JP26488992 A JP 26488992A JP 3011553 B2 JP3011553 B2 JP 3011553B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tunnel
- wind speed
- fire
- control
- equation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Landscapes
- Feedback Control In General (AREA)
- Flow Control (AREA)
Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
れる。
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。
次式(11),(12)で表わされるものである。
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。
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)
下、このフローチャートの番号(1)〜(6)に沿って
説明する。
御対象モデルの状態方程式(13),(14)を求め
る。
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。
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。
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。
のように与えられる。
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。
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。
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。
式(27)〜(29)のように選ぶ。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
図。
示すブロック図。
説明するためのフローチャート。
Claims (1)
- 【請求項1】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トンネル内風速制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4264889A JP3011553B2 (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | トンネル内風速制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4264889A JP3011553B2 (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | トンネル内風速制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06119007A JPH06119007A (ja) | 1994-04-28 |
JP3011553B2 true JP3011553B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=17409638
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4264889A Expired - Lifetime JP3011553B2 (ja) | 1992-10-02 | 1992-10-02 | トンネル内風速制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3011553B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107288675A (zh) * | 2017-08-01 | 2017-10-24 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 隧道智能通风控制方法 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010248768A (ja) * | 2009-04-14 | 2010-11-04 | Hitachi Ltd | 道路トンネル換気制御装置及び道路トンネル換気制御方法 |
KR102173263B1 (ko) * | 2020-08-25 | 2020-11-04 | 유봉수 | 터널 내부 교통사고 감지 시스템 |
-
1992
- 1992-10-02 JP JP4264889A patent/JP3011553B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
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 (zh) * | 2017-08-01 | 2017-10-24 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 隧道智能通风控制方法 |
CN107288675B (zh) * | 2017-08-01 | 2019-02-19 | 招商局重庆交通科研设计院有限公司 | 隧道智能通风控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06119007A (ja) | 1994-04-28 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6715690B2 (en) | Slope predictive control and digital PID control | |
US5209398A (en) | Model-based thermobalance with feedback | |
JP3637597B2 (ja) | 制御定数同定装置 | |
US6801810B1 (en) | Method and device for state estimation | |
JP3011553B2 (ja) | トンネル内風速制御装置 | |
JPH0851788A (ja) | モータ速度制御装置 | |
JPH0877485A (ja) | 走行所要時間予測装置 | |
JP4456007B2 (ja) | 地下空間の空調システム | |
US6829522B1 (en) | Portable advisory system for balancing airflows in paint booth | |
JP3157953B2 (ja) | 交通流予測装置 | |
JP2005264671A (ja) | 道路トンネル換気制御の動的シミュレーション装置およびそのプログラム | |
JPH0682282A (ja) | 流量計測装置 | |
CN108665103B (zh) | 基于离散最优控制的恐慌人群疏散方法 | |
JP3160438B2 (ja) | 交通流予測装置 | |
JPH09145109A (ja) | 道路トンネルの換気自動制御装置 | |
JP2004156258A (ja) | トンネル換気制御方法および装置 | |
JP3640889B2 (ja) | トンネル換気制御装置 | |
JPH0198848A (ja) | 室内気圧制御空調換気設備 | |
JP2004285709A (ja) | 道路トンネル換気制御装置及びコンピュータプログラム | |
JP3433644B2 (ja) | 避難空間換気制御装置 | |
JP2967680B2 (ja) | 換気自動制御装置 | |
JPH07127393A (ja) | 換気自動制御装置 | |
JPH05141200A (ja) | トンネル換気制御装置 | |
JPH01235799A (ja) | 道路トンネルの換気制御装置 | |
JP3228121B2 (ja) | 道路トンネル用換気制御装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20071210 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081210 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091210 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091210 Year of fee payment: 10 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101210 Year of fee payment: 11 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20111210 Year of fee payment: 12 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121210 Year of fee payment: 13 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |