JP5467929B2 - Function generating apparatus and function generating method - Google Patents

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Description

本発明は、関数生成装置、及び関数生成方法に関し、特に詳しくは、例えば制御モデルを最適制御するための目的関数を近似した近似目的関数を生成する関数生成装置、及び関数生成方法に関する。   The present invention relates to a function generation device and a function generation method, and more particularly to a function generation device and a function generation method for generating an approximate objective function that approximates an objective function for optimally controlling a control model, for example.

ビル空調システムや石油化学プラントなどのプロセス最適運転では、従来、シミュレーションモデル上でランニングコストが最小となる設定値を求める方法が使用されてきた。例えば、セントラル空調システムの例としては、特許文献1がある。この方法では、予め対象の物理的な振る舞いを精密に数式化したシミュレーションモデルが必要で、機器構成や運転条件が変わるたびにシミュレーションモデルを膨大な時間をかけて調整する必要がある。   Conventionally, in the process optimum operation of a building air conditioning system or a petrochemical plant, a method for obtaining a set value that minimizes the running cost on a simulation model has been used. For example, Patent Document 1 is an example of a central air conditioning system. This method requires a simulation model in which the physical behavior of the target is precisely expressed in advance, and it is necessary to adjust the simulation model over a long time each time the device configuration and operating conditions change.

上記問題に対処するための方法として、運転データからシミュレーションモデルに相当するモデル関数を求める方法が考案されている(特許文献1)。このようなモデルの入力変数には、例えば空調システムに対する外気温度のように、空調特性を変動させる要因ではあるが空調特性を操作するために利用できない環境条件などに相当する「非制御変数」と、例えば空調特性を最適するために制御可能(あるいは操作可能)な「制御変数」が含まれる。   As a method for coping with the above problem, a method of obtaining a model function corresponding to a simulation model from operation data has been devised (Patent Document 1). The input variables of such a model are, for example, “non-control variables” corresponding to environmental conditions that are factors that fluctuate the air conditioning characteristics but cannot be used to operate the air conditioning characteristics, such as the outside air temperature for the air conditioning system. For example, “control variables” that can be controlled (or operated) to optimize the air conditioning characteristics are included.

この場合、ある特定の時点で扱いたい入力変数値の範囲は、その時点における非制御変数(すなわち環境条件)の値に対応して、最適な状態を与える制御変数の値である。したがって、非制御変数の値は環境条件に応じて任意に選択でき、制御変数の値は最適解探索のために自由に変更可能なように、全変数空間の取り得る数値範囲全体で関数化されたモデルができているのが望ましい。なお、最適化を目的として入出力関係が運転データから近似関数として得られている場合、このモデル関数を特に「近似目的関数」と称する。   In this case, the range of the input variable value that is desired to be handled at a specific time point is the value of the control variable that gives an optimum state corresponding to the value of the non-control variable (that is, environmental condition) at that time point. Therefore, the value of the non-control variable can be selected arbitrarily according to the environmental conditions, and the value of the control variable is functionalized over the entire possible numerical range of the entire variable space so that it can be freely changed for optimal solution search. It is desirable that the model is complete. When the input / output relationship is obtained as an approximate function from the operation data for the purpose of optimization, this model function is particularly referred to as an “approximate objective function”.

特開2004−293844号公報JP 2004-293844 A 特開平6−332506号公報JP-A-6-332506

上記のように、全変数の取り得る数値範囲全体で関数近似してしまうと、入力変数の個数だけ次元の高い関数になり、さらにデータ量が増加した際には計算量が膨大になる。この場合、特に逐次更新型のオンラインシステムには不向きである。   As described above, if a function is approximated over the entire numerical range that can be taken by all variables, the function becomes a function having a higher dimension by the number of input variables, and the amount of calculation becomes enormous when the amount of data increases. In this case, it is not particularly suitable for a sequential update type online system.

一方、計算量低減のために、非制御変数の値を特定の代表値で固定して、その代表値にあてはまるデータのみを抽出して近似目的関数を作ると、その非制御変数自体はもはや変数ではなくなるわけであるから、次元を低くできることになり、計算量を低減できる。しかし、必然的にデータが限られたものになってしまうので、データが疎な領域が発生しやすくなる。したがって、その領域での信頼性が低くなり、不適切な近似目的関数ができあがることになるので、正しく最適化できないことになる。   On the other hand, if the value of a non-control variable is fixed at a specific representative value to reduce the amount of computation and only the data that falls within that representative value is extracted to create an approximate objective function, the non-control variable itself is no longer a variable. Therefore, the dimension can be lowered and the amount of calculation can be reduced. However, since the data is inevitably limited, an area where the data is sparse is likely to occur. Therefore, the reliability in that region is lowered, and an inappropriate approximate objective function is created, so that it cannot be optimized correctly.

例えば、説明を容易にするために、以下のような架空の12組のデータ(以下、P〜P12とする)を仮定する。まず、 Xは入力変数であり制御変数、Yは入力変数であり非制御変数、Zは出力変数であり目的変数とする。以下の通り、一組のデータの表記を(X,Y,Z)とする。 For example, for ease of explanation, the following fictitious 12 sets of data (hereinafter referred to as P 1 to P 12 ) are assumed. First, X is an input variable and a control variable, Y is an input variable and a non-control variable, and Z is an output variable and a target variable. The notation of a set of data is (X, Y, Z) as follows.

(1.0,1.0,2.0)、P(1.5,1.0,1.5)、
(2.0,1.0,2.0)、P(3.0,1.0,3.0)、
(2.0,1.1,2.0)、P(2.1,1.1,2.1)、
(2.2,1.1,2.2)、P(2.3,1.1,2.3)、
(0.9,1.3,2.1)、P10(1.4,1.3,1.6)、
11(1.9,1.3,1.9)、P12(2.9,1.3,2.9)
P 1 (1.0, 1.0, 2.0), P 2 (1.5, 1.0, 1.5),
P 3 (2.0, 1.0, 2.0), P 4 (3.0, 1.0, 3.0),
P 5 (2.0, 1.1, 2.0), P 6 (2.1, 1.1, 2.1),
P 7 (2.2, 1.1, 2.2), P 8 (2.3, 1.1, 2.3),
P 9 (0.9, 1.3, 2.1), P 10 (1.4, 1.3, 1.6),
P 11 (1.9, 1.3, 1.9), P 12 (2.9, 1.3, 2.9)

このとき、X,Yの両方を入力変数として、入力2次元の近似目的関数を作るのであれば、Xは0.9から3.0の間で分布するデータ群として、全データを利用することになる。この場合、制御変数XをX=1.5に操作すると、目的変数Zを最小値1.5(最適化)とする推定ができるであろう。これは、正しい最適化が達成されていることになる。   At this time, if an input two-dimensional approximate objective function is created using both X and Y as input variables, X should use all data as a data group distributed between 0.9 and 3.0. become. In this case, if the control variable X is manipulated to X = 1.5, the objective variable Z can be estimated to be the minimum value 1.5 (optimization). This means that the correct optimization has been achieved.

一方、最適化の操作に利用できない非制御変数Yを代表値で固定して、入力1次元の簡易な近似目的関数を作る。このために、得られているデータ群のYの中央値付近というつもりでY=1.1にあてはまるデータのみを抽出すると、P〜Pのデータが抽出される。この場合、制御変数XをX=2.0に操作すると、目的変数Zを最小値2.0(最適化)とする推定にならざるを得ない。つまり、本来の最適化可能なX=1.5の近傍でデータが疎な領域になり、正しく最適化できないことになる。このように従来の方法では、最適制御を行うための目的関数を近似した近似目的関数を適切に算出することが困難であるという問題点がある。 On the other hand, a non-control variable Y that cannot be used in the optimization operation is fixed as a representative value, and a simple one-dimensional input objective function is created. For this reason, if only the data corresponding to Y = 1.1 is extracted with the intention of being near the median value of Y in the obtained data group, the data of P 5 to P 8 are extracted. In this case, if the control variable X is manipulated to X = 2.0, the target variable Z must be estimated to be the minimum value 2.0 (optimization). In other words, the data becomes a sparse area in the vicinity of X = 1.5, which can be optimized, and cannot be optimized correctly. As described above, the conventional method has a problem that it is difficult to appropriately calculate an approximate objective function that approximates an objective function for performing optimal control.

本発明の目的は、計算量を低減しながらも、不適切な近似目的関数が作成されてしまう確率を低減する関数算出装置及び関数算出方法を提供する。   An object of the present invention is to provide a function calculation device and a function calculation method that reduce the probability that an inappropriate approximate objective function will be created while reducing the amount of calculation.

本発明の第1の態様にかかる関数生成装置は、制御対象の制御モデルを更新するために与えられる分析用データを用いて、前記制御モデルを最適制御するための目的関数を近似した近似目的関数を算出する関数算出装置であって、前記目的関数に含まれる複数の入力変数のうち、非制御対象である非制御変数を代表値に固定することで、分析用データを低次元空間に射影する低次元空間射影部と、前記分析用データの空間点から前記非制御変数を代表値とする空間点までの距離に応じた距離指標を算出する距離指標算出部と、前記距離指標に基づいて、前記制御対象となる制御変数を入力変数とする近似目的関数を生成する関数生成処理部と、を備えたものである。これにより、計算量を低減しながらも、不適切な近似目的関数が作成されてしまう確率を低減することができる。   The function generation device according to the first aspect of the present invention is an approximate objective function that approximates an objective function for optimal control of the control model using analysis data given to update the control model to be controlled. A non-control variable that is a non-control target among a plurality of input variables included in the objective function, and the analysis data is projected to a low-dimensional space Based on the low-dimensional space projection unit, a distance index calculation unit that calculates a distance index according to the distance from the spatial point of the analysis data to the spatial point representative of the non-control variable, based on the distance index, A function generation processing unit that generates an approximate objective function using the control variable to be controlled as an input variable. As a result, it is possible to reduce the probability that an inappropriate approximate objective function will be created while reducing the amount of calculation.

本発明の第2の態様にかかる関数生成装置は、上記の関数生成装置であって、前記複数の入力変数について正規化して、前記非制御変数を代表値に固定した時の離散的な空間点から最短の分析用データの空間点までの正規化距離を距離指標とすることを特徴とするものである。これにより、より適切な近似目的関数を生成することができる。   A function generation device according to a second aspect of the present invention is the function generation device described above, wherein the plurality of input variables are normalized, and the discrete spatial points when the non-control variables are fixed to representative values. The normalized distance from the spatial point of analysis data to the shortest is used as a distance index. Thereby, a more appropriate approximate objective function can be generated.

本発明の第3の態様にかかる関数生成装置は、上記の関数生成装置であって、前記非制御変数を代表値に固定した時の空間点の集合から前記分析用データの空間点までの最短距離を距離指標とするものである。これにより、より簡便に近似目的関数を生成することができる。   A function generation device according to a third aspect of the present invention is the function generation device described above, wherein the shortest distance from a set of spatial points to a spatial point of the analysis data when the non-control variable is fixed to a representative value. The distance is used as a distance index. Thereby, the approximate objective function can be generated more easily.

本発明の第4の態様にかかる関数生成装置は、上記の関数生成装置であって、前記距離指標に応じた重みを用いた重み付け最小二乗法によって、前記近似目的関数を算出するものである。これにより、より簡便に近似目的関数を生成することができる。   A function generation device according to a fourth aspect of the present invention is the function generation device described above, wherein the approximate objective function is calculated by a weighted least square method using a weight corresponding to the distance index. Thereby, the approximate objective function can be generated more easily.

本発明の第5の態様にかかる関数生成方法は、制御対象の制御モデルを更新するために与えられる分析用データを用いて、前記制御モデルを最適制御するための目的関数を近似した近似目的関数を算出する関数算出方法であって、前記目的関数に含まれる複数の入力変数のうち、非制御対象である非制御変数を代表値に固定するステップと、前記分析用データの空間点から前記非制御変数を代表値とする空間点までの距離に応じた距離指標を算出するステップと、前記距離指標に基づいて、前記制御対象となる制御変数を入力変数とする近似目的関数を生成するステップと、を備えたものである。これにより、計算量を低減しながらも、不適切な近似目的関数が作成されてしまう確率を低減することができる。   The function generation method according to the fifth aspect of the present invention is an approximate objective function that approximates an objective function for optimal control of the control model using analysis data given to update the control model to be controlled. A non-control variable that is a non-control target among a plurality of input variables included in the objective function, and the non-control variable from the spatial point of the analysis data Calculating a distance index according to a distance to a spatial point having a control variable as a representative value; generating an approximate objective function using the control variable to be controlled as an input variable based on the distance index; , With. As a result, it is possible to reduce the probability that an inappropriate approximate objective function will be created while reducing the amount of calculation.

本発明の第6の態様にかかる関数生成方法は、上記の関数生成方法であって、前記複数の入力変数について正規化して、前記代表値に固定した時の離散的な空間点から最短の分析用データの空間点までの正規化距離を距離指標とすることを特徴とするものである。これにより、より適切な近似目的関数を生成することができる。   A function generation method according to a sixth aspect of the present invention is the function generation method described above, wherein the plurality of input variables are normalized and the shortest analysis is performed from discrete spatial points when fixed to the representative value. The normalized distance to the spatial point of the business data is used as a distance index. Thereby, a more appropriate approximate objective function can be generated.

本発明の第7の態様にかかる関数生成方法は、上記の関数生成方法であって、前記非制御変数を代表値に固定した時の空間点の集合から前記分析用データの空間点までの最短距離を距離指標とするものである。これにより、より簡便に近似目的関数を生成することができる。   A function generation method according to a seventh aspect of the present invention is the function generation method described above, wherein the shortest distance from the set of spatial points to the spatial point of the analysis data when the non-control variable is fixed to a representative value. The distance is used as a distance index. Thereby, the approximate objective function can be generated more easily.

本発明の第8の態様にかかる関数生成方法は、上記の関数生成方法であって、前記距離指標に応じた重みを用いた重み付け最小二乗法によって、前記近似目的関数を算出するものである。これにより、より簡便に近似目的関数を生成することができる。   A function generation method according to an eighth aspect of the present invention is the function generation method described above, wherein the approximate objective function is calculated by a weighted least square method using a weight corresponding to the distance index. Thereby, the approximate objective function can be generated more easily.

本発明によれば、計算量を低減しながらも、不適切な近似目的関数が作成されてしまう確率を低減する関数算出装置及び関数算出方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a function calculation device and a function calculation method that reduce the probability of creating an inappropriate approximate objective function while reducing the amount of calculation.

空調システムの全体構成を示すブロック図。The block diagram which shows the whole structure of an air conditioning system. 熱源システムの構成の一例を示す図。The figure which shows an example of a structure of a heat source system. 制御モデル更新装置の機能ブロック図。The functional block diagram of a control model update apparatus. 入力パラメータに対する出力パラメータの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship of the output parameter with respect to an input parameter. 分析用データの分布を示すグラフである。It is a graph which shows distribution of the data for analysis. 実施形態1に係る距離指標の算出例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of calculating a distance index according to the first embodiment. 実施形態1に係る関数生成方法で生成した近似目的関数を示すグラフである。6 is a graph showing an approximate objective function generated by the function generation method according to the first embodiment. 実施形態2に係る距離指標の算出例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a calculation example of a distance index according to the second embodiment. 実施形態2に係る関数生成方法で生成した近似目的関数を示すグラフである。10 is a graph showing an approximate objective function generated by the function generation method according to the second embodiment.

(発明の原理)
非制御変数の値を特定の代表値で固定する場合において、その代表値にあてはまるデータ以外であっても、代表値に近い値のデータであれば、比較的信頼性の高いデータとして利用することが可能であり、代表値に遠いデータであっても、遠いということを信頼性が低いものと認識してデータの重みを軽くして扱えば、利用することが可能であることに、発明者は着眼した。
(Principle of the invention)
When the value of a non-control variable is fixed at a specific representative value, data other than the data that falls under that representative value can be used as relatively reliable data as long as the data is close to the representative value. The inventor is able to use even if the data is far from the representative value by recognizing that it is far from the representative value and treating the data with a reduced weight. I focused on.

そして、特定の代表値に固定された非制御変数値における目的変数値を、正確に与えることはできなくとも推定までは可能なデータと解釈して、非制御変数の代表値からの距離指標を定義し、この距離指標に応じてデータの重み付けを行ない、代表値にあてはまらないデータも、概念的には代表値に固定(あるいは限定)された入力空間に射影して利用し、近似目的関数を作ることに想到した。上記距離指標は、射影の距離に相当する。これにより、低次元化により計算量を低減しながらも、不適切な近似目的関数が作成されてしまう確率を低減することが可能になる。   Then, the target variable value in the non-control variable value fixed to a specific representative value is interpreted as data that can be estimated even if it cannot be given accurately, and the distance index from the representative value of the non-control variable Data is weighted according to this distance index, and data that does not apply to the representative value is conceptually projected onto the input space fixed (or limited) to the representative value, and the approximate objective function is used. I came up with making it. The distance index corresponds to a projection distance. As a result, it is possible to reduce the probability that an inappropriate approximate objective function will be created while reducing the amount of calculation by reducing the number of dimensions.

例えば前述の架空の12組のデータP〜P12について言えば、データP〜Pは非制御変数Yが代表値そのもののY=1.1にあてはまるので、最小の距離指標が与えられ、重みは最大の1.0として利用できる。そして、データP〜Pは非制御変数Yが代表値1.1から0.1だけ離れたY=1.0であるので、やや大き目の距離指標ながらも十分に利用可能なデータとして、例えば重みを0.8程度にして利用できる。データP〜P12は非制御変数Yが代表値1.1から0.2だけ離れたY=1.3であるので、大き目の距離指標ながらも利用可能なデータとして、例えば重みを0.6程度にして利用できる。これにより、X=1.5の近傍のデータも含まれることになり、不適切な近似目的関数が作成されてしまう確率が低減されることになる。また、低次元化されているので、計算量の低減も達成されることになる。なお、上記距離指標の定義の仕方は、必ずしも一通りではなく、適宜設計し得るものである。後述の実施形態では、代表的な2つの方法を実施形態1,2として示す。 For example, regarding the above-described fictitious 12 sets of data P 1 to P 12 , the data P 5 to P 8 are assigned the minimum distance index and the weight because the non-control variable Y is Y = 1.1 which is the representative value itself. Is available as a maximum of 1.0. Since the data P 1 to P 4 are Y = 1.0 where the non-control variable Y is 0.1 away from the representative value 1.1, the weight is set to about 0.8, for example, as a sufficiently usable data although it is a slightly larger distance index. Available. Since the data P 9 to P 12 are Y = 1.3 where the non-control variable Y is 0.2 away from the representative value 1.1, the data P 9 to P 12 can be used as data that can be used even with a large distance index, for example, with a weight of about 0.6. As a result, data in the vicinity of X = 1.5 is also included, and the probability that an inappropriate approximate objective function will be created is reduced. In addition, since the number of dimensions is reduced, the amount of calculation can be reduced. Note that the method of defining the distance index is not necessarily one, and can be designed as appropriate. In the embodiments described later, two typical methods are shown as Embodiments 1 and 2.

また、次の実施形態1の説明では、上記データP〜PやデータP〜P12のように、代表値と異なる分析用データの目的変数値を、目的変数推定値と称するものとする。その本質は、非制御変数値が特定の代表値にあてはまらないながらも、「参考としてでも推定には利用可能なデータの目的変数値」という意味である。
(制御モデル)
冷凍機の送水温度を最適に設定することで、省エネを目指す制御を一般にVWT(Variable Water Temperature)制御と呼ぶが、この制御方式は送水温度を上げれば上げるほど冷凍機の効率がよくなる反面、冷水ポンプの搬送エネルギーが増大する。逆に、送水温度を下げれば、冷凍機の効率は悪くなりエネルギーを多く使用するが、必要な冷水流量が減少するために搬送エネルギーが減少する。通常はこのようなトレードオフの関係が存在するために、空調システム全体の消費エネルギーが最も小さい最適な送水温度が存在する。また、冷凍機の効率や冷水ポンプの特性は、室内負荷や外気温などの制御できない外的要因に大きく影響を受けるため、これら外的要因により最適な送水温度も変化する。この例では、制御変数は冷凍機送水温度、非制御変数は室内負荷・外気温に対応する。
In the following description of the first embodiment, the objective variable values of the analytical data different from the representative values, such as the data P 1 to P 4 and the data P 9 to P 12 , are referred to as objective variable estimated values. To do. The essence of this is the meaning that “the target variable value of the data that can be used for estimation even for reference” although the non-control variable value does not apply to a specific representative value.
(Control model)
Control that aims to save energy by setting the water supply temperature of the refrigerator optimally is generally referred to as VWT (Variable Water Temperature) control. The transport energy of the pump increases. On the contrary, if the water supply temperature is lowered, the efficiency of the refrigerator becomes worse and more energy is used. However, since the necessary cold water flow rate is reduced, the conveyance energy is reduced. Usually, since such a trade-off relationship exists, there exists an optimum water supply temperature with the lowest energy consumption of the entire air conditioning system. In addition, the efficiency of the refrigerator and the characteristics of the chilled water pump are greatly affected by uncontrollable external factors such as the indoor load and the outside air temperature. Therefore, the optimum water supply temperature also changes due to these external factors. In this example, the control variable corresponds to the refrigerator water supply temperature, and the non-control variable corresponds to the indoor load / outside temperature.

非制御変数値を特定の代表値に固定するとは、この場合、制御したいタイミングでの最新の室内負荷・外気温で固定することになる。最新でなくとも、一定期間内の最大値、最小値、平均値などを適宜使用してもよい。また、以下の説明において、制御モデルを最適制御する更新モデルを表す関数のうち、制御変数と非制御変数を含む全変数(入力パラメータ)を入力変数とする関数を目的関数とし、少なくとも1つ以上の非制御変数を代表値で固定した場合の関数を近似目的関数とする。近似目的関数に含まれる入力変数の数は、目的関数に含まれる入力変数の数よりも少なくなる。   In this case, fixing the non-control variable value to a specific representative value is fixed at the latest indoor load / outside temperature at the timing at which control is desired. Even if it is not the latest, the maximum value, minimum value, average value, etc. within a certain period may be used as appropriate. In the following description, among the functions representing the update model that optimally controls the control model, a function having all variables (input parameters) including control variables and non-control variables as input variables is defined as an objective function, and at least one or more A function when the non-control variable of is fixed at a representative value is an approximate objective function. The number of input variables included in the approximate objective function is smaller than the number of input variables included in the objective function.

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。なお、本実施の形態にかかる関数生成装置、及び方法は、環境条件の影響を考慮する必要のある空調システムに特に有効であるが、適用対象は空調システムに限られない。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to respective elements in the drawings. The function generation device and method according to the present embodiment are particularly effective for an air conditioning system that needs to consider the influence of environmental conditions, but the application target is not limited to the air conditioning system.

(実施形態1)
本発明に係る第1実施形態について説明する。
図1は、本実施形態にかかる目的関数算出装置を用いた空調システムの全体構成を示すブロック図である。
空調システム100は、制御対象である熱源システム110と、この熱源システム110を最適制御する最適制御部120と、空調システム全体の監視を行う監視装置130と、最適制御部120で使用する制御モデルの更新を行う制御モデル更新装置200と、を備える。
(Embodiment 1)
A first embodiment according to the present invention will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an air conditioning system using the objective function calculation apparatus according to the present embodiment.
The air conditioning system 100 includes a heat source system 110 to be controlled, an optimal control unit 120 that optimally controls the heat source system 110, a monitoring device 130 that monitors the entire air conditioning system, and a control model used in the optimal control unit 120. And a control model update device 200 that performs the update.

熱源システム110は、部屋(負荷)101の温度を調整する。
図2は、熱源システム110の構成の一例を示す図である。
熱源システム110は、冷水を生成する冷凍機111と、冷水を循環させるポンプ112と、空気を循環させる空気調和機113と、を備える。
The heat source system 110 adjusts the temperature of the room (load) 101.
FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the heat source system 110. As shown in FIG.
The heat source system 110 includes a refrigerator 111 that generates cold water, a pump 112 that circulates cold water, and an air conditioner 113 that circulates air.

冷凍機111は、外部からの指令によって冷水出口温度の制御目標値を変化させることができる。例えば、6℃から12℃の範囲で冷水の温度を可変制御することができる。
ポンプ112は、冷凍機111で生成された冷水を循環させる。
空気調和機113は、部屋101の空気を冷水と接触させ、冷えた空気を部屋101に循環させる。
The refrigerator 111 can change the control target value of the chilled water outlet temperature according to a command from the outside. For example, the temperature of cold water can be variably controlled in the range of 6 ° C to 12 ° C.
The pump 112 circulates cold water generated by the refrigerator 111.
The air conditioner 113 brings the air in the room 101 into contact with cold water and circulates the cooled air to the room 101.

ここで、部屋101の温度を所定温度に制御するにあたり、冷水出口温度を変化させると熱源システムの運転コストが変化する。
例えば、冷水出口温度を上げる(例えば12℃にする)と、冷凍機111の運転コストは下がる。
ただし、高い温度の冷水で部屋101の空気を冷やさなければならないので、ポンプ112の冷水流量は増加する。したがって、ポンプ112の運転コストは上がる。
Here, when the temperature of the room 101 is controlled to a predetermined temperature, the operating cost of the heat source system changes when the chilled water outlet temperature is changed.
For example, if the cold water outlet temperature is raised (for example, 12 ° C.), the operating cost of the refrigerator 111 is lowered.
However, since the air in the room 101 has to be cooled with cold water having a high temperature, the cold water flow rate of the pump 112 increases. Therefore, the operating cost of the pump 112 increases.

また、冷水出口温度を下げる(例えば6℃にする)と、冷凍機111の運転コストは上がる。
一方、低い温度の冷水で部屋の空気を冷やせるので、冷水流量は少なくてもよい。したがってこの場合、ポンプ112の運転コストは下がる。
Further, when the cold water outlet temperature is lowered (for example, 6 ° C.), the operating cost of the refrigerator 111 increases.
On the other hand, since the room air can be cooled with cold water having a low temperature, the flow rate of cold water may be small. Therefore, in this case, the operating cost of the pump 112 is reduced.

このように、部屋101の温度を所定温度に制御するにあたり、冷凍機111の運転コストとポンプ112の運転コストとはトレードオフの関係になる。よって、熱源システム全体の運転コストを最適制御することで、効率的な温度調整が可能となる。また、最適な運転条件は、外部環境因子、例えば、外気温度等によっても変化する。   Thus, in controlling the temperature of the room 101 to a predetermined temperature, the operating cost of the refrigerator 111 and the operating cost of the pump 112 are in a trade-off relationship. Therefore, the temperature can be adjusted efficiently by optimally controlling the operating cost of the entire heat source system. Further, the optimum operating condition varies depending on external environmental factors such as the outside air temperature.

最適制御部120は、運転コストが最小になるように熱源システム110を最適制御する。最適制御部120には、制御モデル更新装置200から熱源システム110の制御モデルが与えられる。最適制御部120は、この制御モデルを用いて最適制御目標値を算出し、最適制御目標値に合わせて冷凍機111およびポンプ112を運転制御する。   The optimal control unit 120 optimally controls the heat source system 110 so that the operation cost is minimized. The optimal control unit 120 is given a control model of the heat source system 110 from the control model update device 200. The optimal control unit 120 calculates an optimal control target value using this control model, and controls the operation of the refrigerator 111 and the pump 112 according to the optimal control target value.

監視装置130は、熱源システム110の運転状況をモニタし、図示しない各種のセンサによってデータを取得する。
取得するデータとしては、例えば、外気温、冷水出口温度、冷水流量、冷却水の温度、冷却水の流量、ポンプ圧力、部屋温度等である。そして、これらの値が近似目的関数や目的関数の入力変数となる。そして、消費エネルギー量(電気、ガス)等が出力変数となる。
また、入力変数には、制御可能な制御変数と、制御対象とならない非制御変数が存在している。すなわち、入力変数には、例えば空調システムに対する外気温度のように、空調特性を変動させる要因ではあるが空調特性を操作するために利用できない環境条件などに相当する「非制御変数」と、例えば空調特性を最適するために制御可能(あるいは操作可能)な「制御変数」が含まれる。制御変数は、例えば、冷水流量などにように、調整可能なパラメータとなり、この制御変数を調整することで、最適制御が実行される。制御変数と非制御変数とも、監視装置130によって監視されている。
また、監視装置130は、負荷熱量、室内エンタルピー、電気代、ガス代、等の他、時間/曜日/月単位で設定された部屋の設定温度等を記憶している。
The monitoring device 130 monitors the operation status of the heat source system 110 and acquires data by various sensors (not shown).
The acquired data includes, for example, the outside air temperature, the cold water outlet temperature, the cold water flow rate, the cooling water temperature, the cooling water flow rate, the pump pressure, the room temperature, and the like. These values are input variables for the approximate objective function and objective function. The amount of energy consumed (electricity, gas) and the like are output variables.
The input variables include control variables that can be controlled and non-control variables that are not controlled. That is, the input variables include, for example, “non-control variables” corresponding to environmental conditions that are factors that fluctuate the air conditioning characteristics but cannot be used for operating the air conditioning characteristics, such as the outside air temperature for the air conditioning system. “Control variables” that can be controlled (or manipulated) to optimize properties are included. The control variable is an adjustable parameter such as a cold water flow rate, and the optimum control is executed by adjusting the control variable. Both the control variable and the non-control variable are monitored by the monitoring device 130.
Further, the monitoring device 130 stores a set temperature of the room set in units of time / day of the week / month, etc., in addition to the amount of heat of load, indoor enthalpy, electricity bill, gas bill, and the like.

監視装置130は、熱源システム110の制御モデルを構築するのに必要な分析用データとして、上記に挙げたデータを定期的に制御モデル更新装置200に与える。
また、監視装置130は、熱源システム110の運転に必要なデータを最適制御部120に与え、最適制御部120に熱源システム110の最適制御を実行させる。
運転に必要なデータとは、例えば、電気代、ガス代、等の他、時間/曜日/月単位で設定された部屋の設定温度等の制御の設定値(目標値)と、例えば冷水出口温度、冷却水温度などの制御変数値である。
The monitoring device 130 periodically provides the control model update device 200 with the data listed above as analysis data necessary for constructing the control model of the heat source system 110.
In addition, the monitoring device 130 gives data necessary for the operation of the heat source system 110 to the optimum control unit 120, and causes the optimum control unit 120 to perform optimum control of the heat source system 110.
The data required for operation includes, for example, electric bills, gas bills, etc., control set values (target values) such as room set temperatures set in units of time / day of the week / month, and cold water outlet temperature, for example Control variable values such as cooling water temperature.

次に、関数生成装置である制御モデル更新装置200について説明する。
図3は、制御モデル更新装置200の機能ブロック図である。
制御モデル更新装置200は、分析用データ記憶部210と、制御モデル算出部220と、制御モデル更新部230と、制御モデル記憶部240と、を備える。
Next, the control model update device 200 that is a function generation device will be described.
FIG. 3 is a functional block diagram of the control model update device 200.
The control model update device 200 includes an analysis data storage unit 210, a control model calculation unit 220, a control model update unit 230, and a control model storage unit 240.

分析用データ記憶部210は、監視装置130から与えられる分析用データを一時的に保存するバッファメモリである。
分析用データ記憶部210にバッファされたデータは、制御モデル算出部220に出力される。
The analysis data storage unit 210 is a buffer memory that temporarily stores analysis data given from the monitoring device 130.
The data buffered in the analysis data storage unit 210 is output to the control model calculation unit 220.

制御モデル算出部220は、前記分析用データに基づいて制御対象である熱源システム110の制御モデルを算出する。
制御モデルは、熱源システム110の振る舞いを近似した関数式である。
ここで、熱源システム110の運転は、環境温度、冷却水の温度、部屋温度等の外部要因の他、冷凍機111やポンプ112の特性変化によっても変わってくる。そこで、制御モデル算出部220は、定期的に与えられる分析用データを用い、現在の運転状況を反映した熱源システム110の制御モデルを算出する。すなわち、制御モデル算出部220は、制御モデルを最適制御するための目的関数を近似した近似目的関数を生成する。
The control model calculation unit 220 calculates a control model of the heat source system 110 that is a control target based on the analysis data.
The control model is a functional expression that approximates the behavior of the heat source system 110.
Here, the operation of the heat source system 110 varies depending on changes in characteristics of the refrigerator 111 and the pump 112 as well as external factors such as environmental temperature, cooling water temperature, and room temperature. Therefore, the control model calculation unit 220 calculates a control model of the heat source system 110 that reflects the current operation state using analysis data that is periodically provided. That is, the control model calculation unit 220 generates an approximate objective function that approximates an objective function for optimal control of the control model.

制御モデル更新部230は、制御モデル算出部220で算出された制御モデルを取り込んで後段の制御モデル記憶部240に上書きする。すなわち、制御モデル更新部230は、近似目的関数を更新する
制御モデル記憶部240は、常に最新の制御モデルを記憶し、これを最適制御部120に与える。制御モデル記憶部240は、最新の近似目的関数を記憶する。最適制御部120は、熱源システム110を制御して、空調システム100の最適制御を行う。
The control model update unit 230 takes in the control model calculated by the control model calculation unit 220 and overwrites the control model storage unit 240 in the subsequent stage. That is, the control model update unit 230 updates the approximate objective function. The control model storage unit 240 always stores the latest control model and gives it to the optimal control unit 120. The control model storage unit 240 stores the latest approximate objective function. The optimal control unit 120 controls the heat source system 110 to perform optimal control of the air conditioning system 100.

制御モデル算出部220について、詳細に説明する。制御モデル算出部220は、低次元空間射影部221と、距離指標算出部222と、関数生成処理部223と、を備えている。
制御モデル算出部220は、制御対象の制御モデルを更新するために与えられる分析用データを用いて、制御モデルを最適制御するための目的関数を近似した近似目的関数を算出する関数算出装置である。
The control model calculation unit 220 will be described in detail. The control model calculation unit 220 includes a low-dimensional space projection unit 221, a distance index calculation unit 222, and a function generation processing unit 223.
The control model calculation unit 220 is a function calculation device that calculates an approximate objective function that approximates an objective function for optimal control of the control model, using analysis data given to update the control model to be controlled. .

低次元空間射影部221は、目的関数に含まれる複数の入力変数のうち、非制御対象である非制御変数を代表値に固定することで、目的関数を低次元空間に射影する。距離指標算出部222は、分析用データの空間点から非制御変数を代表値と固定した空間点の集合までの距離に応じた距離指標を算出する。関数生成処理部223は、距離指標に基づいて、前記制御対象となる制御変数を入力変数とする近似目的関数を生成する。この近似目的関数が、制御モデルの振る舞いを示している。よって、近似目的関数を用いることで、運転コストを最小にする最適制御を行うことができる。例えば、関数生成処理部223は、距離指標に応じて、各分析用データに対する重み付けをする。すなわち、射影距離が小さい分析用データについては、重みを大きくし、距離が大きい分析用データに付いては重みを小さくする。   The low-dimensional space projection unit 221 projects the objective function to the low-dimensional space by fixing the non-control variable that is the non-control target to the representative value among the plurality of input variables included in the objective function. The distance index calculation unit 222 calculates a distance index corresponding to the distance from the spatial point of the analysis data to the set of spatial points with the non-control variable fixed as a representative value. The function generation processing unit 223 generates an approximate objective function using the control variable to be controlled as an input variable based on the distance index. This approximate objective function shows the behavior of the control model. Therefore, by using the approximate objective function, it is possible to perform optimal control that minimizes the operating cost. For example, the function generation processing unit 223 weights each analysis data according to the distance index. That is, for analysis data with a short projection distance, the weight is increased, and for analysis data with a large distance, the weight is decreased.

上記「発明の原理」に従い、最もシンプルな実施形態として示す。
距離指標であるが、非制御変数の代表値と、特定の分析用データの当該非制御変数値との距離を、距離指標として採用する。すなわち、非制御変数Yの代表値が例えばY=0.5であり、特定のデータの非制御変数Yの値が、Y=0.8であれば距離指標の値を0.3(=0.8−0.5)とし、Y=0.4であれば距離指標の値を0.1(=0.5−0.4)とする。この場合、非制御変数の代表値に固定して限られた入力空間に、採用するデータをあたかも射影したようなデータ操作になる。
According to the above “principle of the invention”, it is shown as the simplest embodiment.
Although it is a distance index, the distance between the representative value of the non-control variable and the non-control variable value of the specific analysis data is adopted as the distance index. That is, if the representative value of the non-control variable Y is, for example, Y = 0.5, and the value of the non-control variable Y of specific data is Y = 0.8, the value of the distance index is set to 0.3 (= 0.8−0.5). If = 0.4, the value of the distance index is 0.1 (= 0.5-0.4). In this case, the data operation is as if the data to be adopted is projected in a limited input space fixed to the representative value of the non-control variable.

具体的な処理方法についての理解を容易にするために、数式的にもシンプルな架空の入出力関係を設定して説明する。まず、式(1)および図4に示すような入出力関係を仮定する。   In order to facilitate understanding of a specific processing method, a fictitious input / output relationship that is mathematically simple will be set and described. First, an input / output relationship as shown in Expression (1) and FIG. 4 is assumed.

Z = 1.5X4+X3-X2+Y2-X+1・・・式(1) Z = 1.5X 4 + X 3 -X 2 + Y 2 -X + 1 (1)

式(1)では、制御変数をX、非制御変数Y、目的変数をZとし、非制御変数Yを0.5に固定すると、目的変数Zの最小値は約0.7をとり、このときの制御変数Xは約0.58である。なお、図4は入力変数X,Yと目的変数Zの関係を示すグラフである。   In the formula (1), if the control variable is X, the non-control variable Y, the objective variable is Z, and the non-control variable Y is fixed to 0.5, the minimum value of the objective variable Z is about 0.7. Is about 0.58. FIG. 4 is a graph showing the relationship between the input variables X and Y and the objective variable Z.

ここで、15組(A〜O)の入力パラメータX,Yの値に対応する出力パラメータZの値が、分析用データ(X, Y, Z)(第1の収集データ)として得られているものとする。   Here, the value of the output parameter Z corresponding to the value of 15 sets (A to O) of the input parameters X and Y is obtained as analysis data (X, Y, Z) (first collected data) Shall.

A ( -0.1, 0.8 ,1.73 )、B ( -1.0, -0.7, 1.99 )、C ( -0.4, 0.6, 1.57 )、D ( -0.7, 0.0, 1.23 )、
E ( 0.5, 0.9, 1.28 )、F ( -0.4, -0.9, 2.02 )、G ( -0.5 ,-1.0, 2.21 )、H ( 0.3, 0.4, 0.81 )、
I ( 0.3, 0.6, 1.01 )、J ( 0.4, 0.7, 1.03 )、K ( -0.1,-0.9, 1.90 )、L ( -0.9, -0.3, 1.44 )、
M ( 1.0, -1.0, 2.50 )、N ( 1.0, 1.0, 2.50 ) 、O ( -1.0, 0.55, 1.80 )
A (-0.1, 0.8, 1.73), B (-1.0, -0.7, 1.99), C (-0.4, 0.6, 1.57), D (-0.7, 0.0, 1.23),
E (0.5, 0.9, 1.28), F (-0.4, -0.9, 2.02), G (-0.5, -1.0, 2.21), H (0.3, 0.4, 0.81),
I (0.3, 0.6, 1.01), J (0.4, 0.7, 1.03), K (-0.1, -0.9, 1.90), L (-0.9, -0.3, 1.44),
M (1.0, -1.0, 2.50), N (1.0, 1.0, 2.50), O (-1.0, 0.55, 1.80)

なお、監視装置130で取得された分析用データは、分析用データ記憶部210に記憶されている。分析用データの分布を図5に示す。これらは全て式(1)の4次式で与えられる曲面上の正確なデータである。   Note that the analysis data acquired by the monitoring device 130 is stored in the analysis data storage unit 210. The distribution of analytical data is shown in FIG. These are all accurate data on the curved surface given by the quartic equation of Equation (1).

低次元空間射影部221が、上記の分析用データを、非制御変数Yを代表値0.5に固定した低次元空間に射影すると、次のデータA〜Oが得られる。 When the low-dimensional space projection unit 221 projects the above analysis data into a low-dimensional space with the non-control variable Y fixed to the representative value 0.5, the following data A 1 to O 1 are obtained.

( -0.1, 0.5 ,1.73 )、B ( -1.0, 0.5, 1.99 )、C ( -0.4, 0.5, 1.57 )、D ( -0.7, 0.5, 1.23 )、
( 0.5, 0.5, 1.28 )、F ( -0.4, 0.5, 2.02 )、G ( -0.5 , 0.5, 2.21 )、H ( 0.3, 0.5, 0.81 )、
( 0.3, 0.5, 1.01 )、J ( 0.4, 0.5, 1.03 )、K ( -0.1, 0.5, 1.90 )、L ( -0.9, 0.5, 1.44 )、
( 1.0, 0.5, 2.50 )、N ( 1.0, 0.5, 2.50 )、O ( -1.0, 0.5, 1.80 )
A 1 (-0.1, 0.5, 1.73), B 1 (-1.0, 0.5, 1.99), C 1 (-0.4, 0.5, 1.57), D 1 (-0.7, 0.5, 1.23),
E 1 (0.5, 0.5, 1.28), F 1 (-0.4, 0.5, 2.02), G 1 (-0.5, 0.5, 2.21), H 1 (0.3, 0.5, 0.81),
I 1 (0.3, 0.5, 1.01), J 1 (0.4, 0.5, 1.03), K 1 (-0.1, 0.5, 1.90), L 1 (-0.9, 0.5, 1.44),
M 1 (1.0, 0.5, 2.50), N 1 (1.0, 0.5, 2.50), O 1 (-1.0, 0.5, 1.80)

ただし、前述のようにこれら射影後のデータの目的変数値Zをそのまま使用すると、不適切な近似目的関数が作成されてしまうため、各データの距離指標を計算する。ここでは、図6に示すように、固定した非制御変数値0.5と各取得データの非制御変数値Yとの差の絶対値で定義した距離指標を用いる。距離指標算出部222が距離指標を算出すると、以下の距離指標のデータA〜Oが得られる。 However, as described above, if the objective variable value Z of the data after projection is used as it is, an inappropriate approximate objective function is created, and therefore the distance index of each data is calculated. Here, as shown in FIG. 6, the distance index defined by the absolute value of the difference between the fixed non-control variable value 0.5 and the non-control variable value Y of each acquired data is used. When the distance index calculation unit 222 calculates the distance index, the following distance index data A 2 to O 2 are obtained.

( 0.3 )、B ( 1.2 )、C ( 0.1 )、D ( 0.5 )、E ( 0.4 )、F ( 1.4 )、G ( 1.5 )、H ( 0.1 )、
( 0.1 )、J ( 0.2 )、K ( 1.4 )、L ( 0.8 )、M ( 1.5 )、N ( 0.5 )、O ( 0.05 )
A 2 (0.3), B 2 (1.2), C 2 (0.1), D 2 (0.5), E 2 (0.4), F 2 (1.4), G 2 (1.5), H 2 (0.1),
I 2 (0.1), J 2 (0.2), K 2 (1.4), L 2 (0.8), M 2 (1.5), N 2 (0.5), O 2 (0.05)

ここで、距離指標のデータA〜OはA〜Oの非制御変数Yの値と固定した非制御変数値0.5との差の絶対値である。従って、図6に示すように、非制御変数を代表値とした直線と、分析用データの空間点との最短距離が距離指標となる。すなわち、距離指標を、非制御変数を代表値とした空間点から、分析用データA〜Oの空間点までの、Y方向における直線距離としている。
なお、本実施の形態では、2つの入力変数からなる2次元空間で説明しているため、非制御変数を代表値とした空間点の集合、すなわち連続する空間点が直線となっている。しかしながら、次元数が多くなると、非制御変数を代表値とした空間点の集合は直線とならなくなることはある。
例えば、2入力変数の場合、入力変数空間は2次元になり、非制御変数を1つで固定するなら、(次元が1つ落ちるため)、空間点の集合は直線となる。
3入力変数の場合、入力変数空間は3次元になり、非制御変数を1つで固定するなら、(次元が1つ落ちるため)、空間点の集合は平面となる。
3入力変数の場合、入力変数空間は3次元になり、非制御変数を2つで固定するなら、(次元が2つ落ちるため)、空間点の集合は直線となる。
Here, the distance index data A 2 to O 2 are absolute values of the difference between the non-control variable Y values of A to O and the fixed non-control variable value 0.5. Therefore, as shown in FIG. 6, the shortest distance between the straight line with the non-control variable as a representative value and the spatial point of the analysis data is the distance index. That is, the distance index is a linear distance in the Y direction from a spatial point having a non-control variable as a representative value to a spatial point of the analysis data A to O.
In the present embodiment, since a description is given in a two-dimensional space composed of two input variables, a set of spatial points with non-control variables as representative values, that is, continuous spatial points are straight lines. However, as the number of dimensions increases, the set of spatial points with non-control variables as representative values may not be straight.
For example, in the case of a two-input variable, the input variable space is two-dimensional. If one non-control variable is fixed (because one dimension is dropped), the set of spatial points is a straight line.
In the case of three input variables, the input variable space will be three-dimensional, and if you fix one uncontrolled variable (because one dimension drops), the set of spatial points will be a plane.
In the case of three input variables, the input variable space is three-dimensional. If two non-control variables are fixed (because two dimensions drop), the set of spatial points is a straight line.

データOのように非制御変数値が固定値0.5と近いデータの距離指標Oは小さくなり、逆にデータG、Mのような非制御変数値が固定値0.5から離れているデータの距離指標G、Mは大きくなる。この距離指標の逆数を各制御変数値での重みとして、重み付き最小二乗法を使うと、距離指標が小さいデータについては目的関数の近似に与える影響が高く、逆に、距離指標が大きいデータについては影響を低くすることができる。ここで、重み付き最小二乗法とは、各データについての誤差の二乗に重みを掛けた総和を最小にするような関数を求める方法で、次の式(2)で表せる。 Uncontrolled variable value becomes smaller distance index O 2 data close to the fixed value 0.5, distance index data inverse to the data G, uncontrolled variable values such as M is separated from the fixed value 0.5 as data O G 2 and M 2 increase. Using the weighted least-squares method with the reciprocal of this distance index as the weight for each control variable value, the data with a small distance index has a high effect on the approximation of the objective function, and conversely for the data with a large distance index Can lower the impact. Here, the weighted least square method is a method for obtaining a function that minimizes the sum of weights of error squares for each data and can be expressed by the following equation (2).

Figure 0005467929
Figure 0005467929

式(2)では、wiを重み、Xiを収集した制御変数値、Ziを収集した目的変数値、nを収集データ数、fを近似目的関数としている。fを4次式の近似目的関数とすると、上記15組のデータに基づいて式(3)、及び図4で示す関数が得られる。 In Expression (2), w i is a weight, X i is a control variable value collected, Z i is an objective variable value collected, n is the number of collected data, and f is an approximate objective function. If f is an approximate objective function of a quartic expression, Expression (3) and the function shown in FIG. 4 are obtained based on the 15 sets of data.

Figure 0005467929
Figure 0005467929

関数生成処理部223が重み付け最小二乗法によって、近似目的関数を生成する。このように、距離指標に基づく重み付け最小二乗法を用いて、射影後のデータA〜Oに対する回帰分析を行うことで、近似目的関数を算出することができる。分析用データが低次元空間に射影されているため、計算量を低減することができる。また、距離指標を重みとして考慮することで、適切な近似目的関数を求めることができる。
このように、固定する非制御変数からの距離に応じて、近似目的関数に対する影響の強さを変えることで、低次元化による計算量の低減とともに、不適切な近似目的関数が作成されてしまう確率を低減することが可能になる。
The function generation processing unit 223 generates an approximate objective function by the weighted least square method. In this way, the approximate objective function can be calculated by performing regression analysis on the post-projection data A 1 to O 1 using the weighted least square method based on the distance index. Since the analysis data is projected onto the low-dimensional space, the amount of calculation can be reduced. Also, an appropriate approximate objective function can be obtained by considering the distance index as a weight.
In this way, by changing the strength of the influence on the approximate objective function according to the distance from the fixed non-control variable, an inappropriate approximate objective function is created along with a reduction in the amount of calculation due to the reduction in dimensions. Probability can be reduced.

なお、上記においては、代表値に固定する非制御変数はYのみであったが、入力変数が増え、非制御変数が複数個になっても、上記の方法は適用可能である。ただしこの場合、代表値に固定する非制御変数の個数だけ、一組のデータに対して異なる距離指標が算出されることになるが、全ての距離指標の平均値,最小値,最大値,中央値などにより適宜まとめればよい。非制御変数が複数の場合、全ての非制御変数を代表値で固定しても良く、一部の非制御変数だけを代表値で固定しても良い。   In the above description, Y is the only non-control variable fixed to the representative value, but the above method can be applied even when the number of input variables increases and the number of non-control variables is increased. However, in this case, different distance indices are calculated for a set of data as many as the number of non-control variables fixed to the representative value, but the average value, minimum value, maximum value, and center of all distance indices are calculated. What is necessary is just to summarize suitably by a value etc. When there are a plurality of non-control variables, all non-control variables may be fixed with representative values, or only some non-control variables may be fixed with representative values.

なお、重み付け最小二乗法以外の方法を用いて、近似目的関数を生成しても良い。例えば、近似目的関数の導出に、サポートベクター回帰法を用いることもできる。ここでは、距離指標に基づいて、各データのエラーバンドを設定すればよい。例えば、距離指標が小さいデータでは、許容誤差(エラーバンド)を小さくし、距離指標が大きいデータでは許容誤差を大きくすればよい。そして、全データの許容誤差を満足する近似目的関数を算出すればよい。   Note that the approximate objective function may be generated using a method other than the weighted least square method. For example, a support vector regression method can be used to derive the approximate objective function. Here, an error band for each data may be set based on the distance index. For example, for data with a small distance index, the allowable error (error band) may be reduced, and for data with a large distance index, the allowable error may be increased. Then, an approximate objective function that satisfies the tolerance of all data may be calculated.

(実施形態2)
上記「発明の原理」に従い、別の実施形態として示す。なお、実施の形態1と重複する内容については、適宜説明を省略する。
距離指標であるが、非制御変数の代表値とその他の入力変数(制御変数であっても非制御変数であってもよい)の任意の特定の値を想定した場合に、その想定された入力空間点αの近傍のデータを探索し、探索されたデータの入力空間点と上記想定された入力空間点αの距離を、距離指標として採用する。
(Embodiment 2)
According to the above “principle of the invention”, another embodiment is shown. In addition, about the content which overlaps with Embodiment 1, description is abbreviate | omitted suitably.
Assuming a specific value of a distance index, but a representative value of a non-control variable and any other input variable (which can be a control variable or non-control variable), its assumed input Data in the vicinity of the space point α is searched, and the distance between the input space point of the searched data and the assumed input space point α is adopted as a distance index.

まず、実施形態2との技術的な意義の違いを説明しておく。
実施形態1では、目的変数推定値を単純な射影により得るため、上記想定された入力空間点αに対して、その近傍探索としてではなく、実質的に直線上の探索(図6参照)になっている。したがって、実施形態1の場合、その処理手順は単純であるが、直線上から少しでもずれた位置にあるデータは、目的変数推定値として選択されないことになる。ゆえに、信頼性が高いはずのデータを効率よく有効活用できているとは言い切れなくなる。
First, differences in technical significance from the second embodiment will be described.
In the first embodiment, since the objective variable estimated value is obtained by a simple projection, the search is substantially a straight line search (see FIG. 6) instead of the neighborhood search for the assumed input space point α. ing. Accordingly, in the case of the first embodiment, the processing procedure is simple, but data at a position slightly deviated from the straight line is not selected as the objective variable estimated value. Therefore, it cannot be said that the data that should have high reliability can be efficiently and effectively utilized.

下記の実施形態2の方法では、実施形態1よりも処理は複雑になるが、データを効率よく有効活用できることになる。ただし、距離指標の定義の仕方が異なるだけであり、発明の原理に基づく実施形態であることに変わりはない。単純な射影ではなく、実質的には多方向からの射影と言えるものであり、上位概念としては射影である。   In the method of the second embodiment described below, the processing is more complicated than in the first embodiment, but the data can be used efficiently and effectively. However, the method of defining the distance index is different, and the embodiment is based on the principle of the invention. It is not a simple projection, but can be said to be a projection from many directions, and as a superordinate concept, it is a projection.

実施形態1と同じ架空の入出力関係(データA〜O)を設定して説明する。
まず、予め入力変数ごとの上下限範囲・ばらつき・目的関数に対する相関関係の強さなどから、各入力変数を正規化する。例えば、制御変数Xと非制御変数Yそれぞれについての平均値をμX、μY、標準偏差をσX、σYとして、次の式(4)に従い正規化を行なう。
The same fictitious input / output relationship (data A to O) as in the first embodiment is set and described.
First, each input variable is normalized in advance from the upper / lower limit range, variation, strength of correlation with the objective function, etc. for each input variable. For example, normalization is performed according to the following equation (4), where μ X and μ Y are the average values for the control variable X and the non-control variable Y, and the standard deviations are σ X and σ Y.

Figure 0005467929
Figure 0005467929

式(4)で正規化されたデータが、分析用データ記憶部210に記憶される。正規化を行うことによって、X,Yともに、ほぼすべてのデータが±3(標準偏差の3倍以内)に収まるようになる。   The data normalized by Expression (4) is stored in the analysis data storage unit 210. By performing normalization, almost all data in X and Y can be within ± 3 (within 3 times the standard deviation).

上記正規化後データに対して、非制御変数Yを代表値0.5に固定したときの、各制御変数値Xの近傍を探索する。近傍の探索方法は、次のように、正規化した変数間での距離が最小になるデータを探索することで行なう。   The vicinity of each control variable value X when the non-control variable Y is fixed to the representative value 0.5 is searched for the normalized data. The neighborhood search method is performed by searching for data that minimizes the distance between normalized variables as follows.

Figure 0005467929
Figure 0005467929

式(5)においてd(X)が距離指標となる。式(5)では、ある任意のXの値に対する最近傍の分析用データまでの距離が、その値に対する空間点までの距離指標となることを意味している。ここで、Yを代表値(0.5)とした空間点から最も近い分析用データの空間点までの距離を距離指標とする。すなわち、図8に示すように、Y=0.5の直線上に離散的に存在する空間点(図8では0.25おき)と、分析用データの空間点との距離が距離指標となる。距離指標を、非制御変数を代表値とした9つの空間点(−1.0,0.5)、(−0.75,0.5)、(−0.5,0.5)、(−0.25,0.5)、(0,0.5)、(0.25,0.5)、(0.5,0.5)、(0.75,0.5)、(1.0,0.5)、から、分析用データA〜Oの空間点のうち最近傍の分析用データの空間点までの、正規化ユークリッド距離としている。例えば、(0,0.5)に最も近い分析用データの空間点は、分析用データAの空間点となり、距離指標(正規化ユークリッド距離)は、0.40となる。   In Expression (5), d (X) is a distance index. In equation (5), it means that the distance to the nearest analysis data for a given value of X is a distance index to the spatial point for that value. Here, the distance from the spatial point where Y is the representative value (0.5) to the spatial point of the nearest analysis data is used as a distance index. That is, as shown in FIG. 8, the distance index is a distance between spatial points discretely present on a straight line Y = 0.5 (every 0.25 in FIG. 8) and the spatial points of the analysis data. Nine spatial points (−1.0,0.5), (−0.75,0.5), (−0.5,0.5), (−0.25,0.5), (0,0.5) Normal from (0.25,0.5), (0.5,0.5), (0.75,0.5), (1.0,0.5) to the spatial point of the nearest analytical data among the spatial points of analytical data A to O Euclidean distance. For example, the spatial point of the analytical data closest to (0,0.5) is the spatial point of the analytical data A, and the distance index (normalized Euclidean distance) is 0.40.

上記のように、近傍データ探索処理において、正規化距離が最小になるようなデータの距離を距離指標とする。図8に示すように、固定した非制御変数値0.5と各取得データの全入力変数の最小正規化ユークリッド距離で定義した距離指標を用いる。なお、距離指標算出部222が距離指標を算出する。なお、入力変数がn個の場合、n次元空間でのユークリッド距離が距離指標となる。   As described above, in the neighborhood data search process, a data distance that minimizes the normalized distance is used as a distance index. As shown in FIG. 8, a distance index defined by a fixed non-control variable value 0.5 and a minimum normalized Euclidean distance of all input variables of each acquired data is used. The distance index calculation unit 222 calculates the distance index. Note that when there are n input variables, the Euclidean distance in the n-dimensional space is a distance index.

実施形態1と同様に、この距離指標の逆数を重み付き最小二乗法の重みとする。これにより、近傍データの距離に応じて近似目的関数の生成が可能になる。4次式の近似目的関数を仮定すると、分析用データA〜Oから、式(6)で示す関数が得られる。

Figure 0005467929
As in the first embodiment, the reciprocal of this distance index is used as the weight of the weighted least square method. As a result, an approximate objective function can be generated according to the distance of the neighborhood data. Assuming a quadratic approximate objective function, a function represented by Expression (6) is obtained from the analysis data A to O.
Figure 0005467929

なお、関数生成処理部223が、近似目的関数を生成する。入力変数が複数の場合でも、距離を適切に設定することで、信頼性の高いデータを推定に利用することができる。さらに、本実施の形態では、複数の分析用データの空間点の中から、非制御変数を代表値とした離散的な空間点から最近傍にある分析用データの空間点を抽出している。これにより、空間中における分析用データの偏在をなくすことができ、より適切な近似目的関数を生成することができる。例えば、離散的な空間点を等間隔にすることで、近似目的関数を生成するための空間点が均一に分布する。さらに、非制御変数を代表値とした空間点からの距離に応じて、距離指標が定義されている。よって、より適切な近似目的関数を生成することができ、最適制御を行うことができる。また、実施の次形態1と同様に、環境条件によって決まる非制御変数を代表値で固定しているため、入力変数の数(次元数)が少なくなる。これにより、近似目的関数を生成するための計算量を低減することができる。   Note that the function generation processing unit 223 generates an approximate objective function. Even when there are a plurality of input variables, highly reliable data can be used for estimation by appropriately setting the distance. Further, in the present embodiment, the spatial point of the analytical data nearest to the discrete spatial point with the non-control variable as a representative value is extracted from among a plurality of spatial points of the analytical data. Thereby, the uneven distribution of analysis data in the space can be eliminated, and a more appropriate approximate objective function can be generated. For example, the spatial points for generating the approximate objective function are uniformly distributed by setting the discrete spatial points at equal intervals. Furthermore, a distance index is defined according to a distance from a spatial point with a non-control variable as a representative value. Therefore, a more appropriate approximate objective function can be generated and optimal control can be performed. Further, similarly to the first embodiment, since the non-control variables determined by the environmental conditions are fixed as representative values, the number of input variables (the number of dimensions) is reduced. Thereby, the calculation amount for generating the approximate objective function can be reduced.

なお、上記においては、取得データの各入力変数が独立な正規分布に基づいて発生したと仮定することで、平均値と標準偏差から正規化したが、上下限値平均値と上下限範囲を用いた正規化や、より複雑な確率分布(多変量正規分布など)に基づいた正規化を実施してもよい。   In the above, we have normalized from the average value and standard deviation by assuming that each input variable of the acquired data was generated based on an independent normal distribution, but we used the upper and lower limit average value and the upper and lower limit range. Or normalization based on a more complicated probability distribution (such as a multivariate normal distribution) may be performed.

上記実施形態では、制御対象として部屋温度を冷やす熱源システムを例示したが、熱源システムとしては部屋温度を暖めるものであってもよいことはもちろんである。   In the above embodiment, the heat source system that cools the room temperature is exemplified as the control target. However, as a heat source system, the room temperature may be warmed as a matter of course.

また、空調機に限らず、最適制御点を有する各種の装置の制御に対し本発明は有効である。さらに、距離指標については、上記の実施形態1,2以外の方法を用いて、定義してもよい。   In addition, the present invention is effective not only for controlling an air conditioner but also for controlling various devices having optimal control points. Further, the distance index may be defined using a method other than the above-described first and second embodiments.

100…空調システム、101…部屋、110…熱源システム、111…冷凍機、112…ポンプ、113…空気調和機、120…最適制御部、130…監視装置、200…制御モデル更新装置、210…分析用データ記憶部、220…制御モデル算出部、221…低次元空間射影部、222…距離指標算出部、223…関数生成処理部、230…制御モデル更新部、240…制御モデル記憶部、 100 ... Air conditioning system, 101 ... Room, 110 ... Heat source system, 111 ... Refrigerator, 112 ... Pump, 113 ... Air conditioner, 120 ... Optimal control unit, 130 ... Monitoring device, 200 ... Control model update device, 210 ... Analysis Data storage unit, 220 ... Control model calculation unit, 221 ... Low-dimensional space projection unit, 222 ... Distance index calculation unit, 223 ... Function generation processing unit, 230 ... Control model update unit, 240 ... Control model storage unit,

Claims (8)

制御対象の制御モデルを更新するために与えられる分析用データを用いて、前記制御モデルを最適制御するための目的関数を近似した近似目的関数を算出する関数算出装置であって、
前記目的関数に含まれる複数の入力変数のうち、非制御対象である非制御変数を代表値に固定することで、分析用データを低次元空間に射影する低次元空間射影部と、
前記分析用データの空間点から前記非制御変数を代表値とする空間点までの距離に応じた距離指標を算出する距離指標算出部と、
前記距離指標に基づいて、前記制御対象となる制御変数を入力変数とする近似目的関数を生成する関数生成処理部と、を備えた関数算出装置。
A function calculation device that calculates an approximate objective function that approximates an objective function for optimally controlling the control model, using analysis data provided to update a control model of a control target,
Of the plurality of input variables included in the objective function, by fixing a non-control variable that is a non-control target to a representative value, a low-dimensional space projection unit that projects analysis data to a low-dimensional space;
A distance index calculation unit that calculates a distance index according to a distance from a spatial point of the analysis data to a spatial point with the non-control variable as a representative value;
A function calculation apparatus comprising: a function generation processing unit that generates an approximate objective function using the control variable to be controlled as an input variable based on the distance index.
前記複数の入力変数について正規化して、
前記非制御変数を代表値に固定した時の離散的な空間点から最短の分析用データの空間点までの正規化距離を距離指標とすることを特徴とする請求項1に記載の関数算出装置。
Normalize the plurality of input variables,
The function calculation device according to claim 1, wherein a normalized distance from a discrete spatial point to a spatial point of the shortest analysis data when the non-control variable is fixed to a representative value is used as a distance index. .
前記非制御変数を代表値に固定した時の空間点の集合から前記分析用データの空間点までの最短距離を距離指標とする請求項1に記載の関数算出装置。   2. The function calculation device according to claim 1, wherein the shortest distance from a set of spatial points to the spatial point of the analysis data when the non-control variable is fixed to a representative value is used as a distance index. 前記距離指標に応じた重みを用いた重み付け最小二乗法によって、前記近似目的関数を算出する請求項1乃至3のいずれか1項に記載の関数算出装置。   The function calculation apparatus according to claim 1, wherein the approximate objective function is calculated by a weighted least square method using a weight corresponding to the distance index. 制御対象の制御モデルを更新するために与えられる分析用データを用いて、前記制御モデルを最適制御するための目的関数を近似した近似目的関数を算出する関数算出方法であって、
前記目的関数に含まれる複数の入力変数のうち、非制御対象である非制御変数を代表値に固定するステップと、
前記分析用データの空間点から前記非制御変数を代表値とする空間点までの距離に応じた距離指標を算出するステップと、
前記距離指標に基づいて、前記制御対象となる制御変数を入力変数とする近似目的関数を生成するステップと、を備えた関数算出方法。
A function calculation method for calculating an approximate objective function that approximates an objective function for optimal control of the control model, using analysis data given to update a control model of a controlled object,
Of the plurality of input variables included in the objective function, fixing a non-control variable that is a non-control target to a representative value;
Calculating a distance index according to a distance from a spatial point of the analysis data to a spatial point having the non-control variable as a representative value;
Generating an approximate objective function using the control variable to be controlled as an input variable based on the distance index.
前記複数の入力変数について正規化して、
前記代表値に固定した時の離散的な空間点から最短の分析用データの空間点までの正規化距離を距離指標とすることを特徴とする請求項5に記載の関数算出方法。
Normalize the plurality of input variables,
6. The function calculation method according to claim 5, wherein a normalized distance from a discrete spatial point to a spatial point of the shortest analysis data when fixed to the representative value is used as a distance index.
前記非制御変数を代表値に固定した時の空間点の集合から前記分析用データの空間点までの最短距離を距離指標とする請求項6に記載の関数算出方法。   The function calculation method according to claim 6, wherein the shortest distance from a set of spatial points when the non-control variable is fixed to a representative value to the spatial point of the analysis data is used as a distance index. 前記距離指標に応じた重みを用いた重み付け最小二乗法によって、前記近似目的関数を算出する請求項5乃至7のいずれか1項に記載の関数算出方法。   The function calculation method according to claim 5, wherein the approximate objective function is calculated by a weighted least square method using a weight corresponding to the distance index.
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