CN105518394A - 运行控制装置及运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种运行控制装置1，其具有：模型更新部14，其基于收集到的环境信息对功率消耗模型进行更新，上述功率消耗模型是根据控制对象系统2所含有的控制对象机器的种类而准备的；功率消耗系统构建部15，其根据控制对象系统2的结构，由通过模型更新部14更新的功率消耗模型来构建功率消耗系统；控制值计算部16，其使用通过功率消耗系统构建部15构建的功率消耗系统，计算出控制对象机器的控制值，以使直到控制对象系统2的运行结束时刻为止的功率消耗最小；以及控制值设定部17，其将通过控制值计算部16计算出的控制值设定于控制对象机器。

Description

运行控制装置及运行控制方法

技术领域

本发明涉及运行控制装置及运行控制方法。

背景技术

已知有用于对空调系统等控制对象系统进行运行控制的系统。例如，在专利文献1中，公开了一种中央空调系统，该系统基于能量消耗函数而决定使能量消耗量最小的最佳控制值，并使用该最佳控制值对空调系统的运行进行控制。在该空调系统中，通过利用运行时的测量数据决定作为能量消耗函数的初始函数形式(functionform)的模型的系数，来决定能量消耗函数。

专利文献

专利文献1：日本专利特开2006-207929号公报

发明内容

然而，专利文献1中的空调系统所使用的能量消耗函数是用于计算空调系统整体的能量消耗量的函数。因此，当空调系统中追加了新机器、或者从空调系统中拆除机器，从而改变了空调系统的结构时，需要改变能量消耗函数的初始函数形式。改变该能量消耗函数的初始函数形式需要花费时间及成本。如此，在专利文献1的空调系统中，很难灵活地应对空调系统的结构发生改变的情况。

此外，在专利文献1中的空调系统中，将某个时间点下的空调负载状态变量等输入能量消耗函数，并计算使得空调系统的能量消耗量最小的控制值。然而，只通过某个时间点下的空调负载状态变量，有时无法得到随着时间的经过，使空调系统整体的能量消耗量最小的最合适的控制值。

本发明的一种实施方式提供一种运行控制装置及运行控制方法，其可以灵活地应对控制对象系统的结构变化，同时，进一步降低所消耗的功率。

本发明的一个实施方式所涉及的运行控制装置具有：模型更新部，其基于收集到的环境信息，对根据空调系统即控制对象系统所含有的控制对象机器的种类而准备的功率消耗模型进行更新；功率消耗系统构建部，其根据控制对象系统的结构，由通过模型更新部更新的功率消耗模型来构建功率消耗系统；计算部，其使用由功率消耗系统构建部所构建的功率消耗系统，来计算控制对象机器的控制值，以使直到控制对象系统的运行结束时刻为止的功率消耗最小；以及设定部，其将由计算部算出的控制值设定于控制对象机器。

本发明的另一个实施方式所涉及的运行控制方法具有：模型更新步骤：基于收集到的环境信息，对根据空调系统即控制对象系统所含有的控制对象机器的种类而准备的功率消耗模型进行更新；功率消耗系统构建步骤：根据控制对象系统的结构，由在模型更新步骤中被更新的功率消耗模型来构建功率消耗系统；计算步骤：使用在功率消耗系统构建步骤中所构建的功率消耗系统，来计算控制对象机器的控制值，以使直到控制对象系统的运行结束时刻为止的功率消耗最小；以及设定步骤：将在计算步骤中算出的控制值设定于控制对象机器。

根据这样的运行控制装置及运行控制方法，能够根据空调系统即控制对象系统所含有的控制对象机器的种类而准备功率消耗模型，并基于环境信息而对各功率消耗模型进行更新。之后，根据控制对象系统的结构，由功率消耗模型来构建功率消耗系统。因此，即使控制对象机器发生了增减，也无需重新构建功率消耗模型，只需使用变更后的控制对象系统所含有的控制对象机器的功率消耗模型即可构建功率消耗系统。由此，能够实现与控制对象系统的结构变化相对应的功率消耗系统再构建的容易化。此外，在运行控制装置及运行控制方法中，使用功率消耗系统计算控制对象机器的控制值，以使直到控制对象系统的运行结束时刻为止的功率消耗最小，并将该控制值设定于控制对象机器。因此，不仅能够实现某个时间点下功率消耗的最小化，还能够实现直到控制对象系统的运行结束时刻为止的总功率消耗的最小化。因此，能够进一步降低功率消耗。

在本发明的又一个实施方式所涉及的运行控制装置中，功率消耗系统也可以为包含约束模型的拉格朗日系统，上述约束模型为表示控制对象系统中的约束的模型。在这种情况下，能够在满足约束模型所规定的条件的同时，降低功率消耗。

在本发明的又一个实施方式所涉及的运行控制装置中，约束模型也可以含有热量变化模型，上述热量变化模型为表示与控制对象系统所导致的空调对象的热量变化相关的约束的模型。在这种情况下，能够在满足热量变化模型所规定的热量变化条件的同时，降低功率消耗。

在本发明的又一个实施方式所涉及的运行控制装置中，约束模型也可以含有机器性能模型，上述机器性能模型为表示与控制对象机器的性能相关的约束的模型。在这种情况下，能够满足机器性能模型所规定的机器性能条件，同时，降低功率消耗。

在本发明的又一个实施方式所涉及的运行控制装置中，计算部也可以动态地进行控制值的计算，以使从控制对象系统的运行开始时刻到运行结束时刻为止的功率消耗最小。在这种情况下，使用功率消耗系统计算控制对象机器的控制值，以使从控制对象系统的运行开始时刻到运行停止时刻为止的功率消耗最小，并将该控制值设定于控制对象机器。为此，不仅能够实现某个时间点下功率消耗的最小化，还能够实现从控制对象系统开始运行到结束运行为止的整个运行期间的总功率消耗的最小化。因此，能够进一步降低功率消耗。

根据本发明的一种实施方式，能够灵活地应对控制对象系统的结构变化，同时进一步降低功率消耗。

附图说明

图1为示意性地表示一个实施方式所涉及的运行控制系统的结构的图。

图2为示意性地表示图1中控制对象系统的结构的图。

图3为示意性地表示图1中运行控制装置的硬件结构的图。

图4为示意性地表示图1中运行控制装置的功能结构的框图。

图5为示意性地表示图1中运行控制装置运作的一个例子的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。并且，在附图说明中，对相同或相当的要素采用相同的符号，并省略重复说明。

图1为示意性地表示一个实施方式所涉及的运行控制系统的结构的图。如图1所示，运行控制系统10具有运行控制装置1和控制对象系统2，其为对控制对象系统2进行运行控制的系统。运行控制装置1和控制对象系统2相连接，并可通过如网络NW进行通信。该网络NW可以有线及无线中的任意一种构成。网络NW例如可为有线LAN(LocalAreaNetwork)、无线LAN等网络。

控制对象系统2是包含通过运行控制装置1进行运行控制的机器(以下，称为“控制对象机器”)的系统。控制对象系统2例如为使用冷冻水对作为空调对象的房间20的室内温度进行调整的空调系统，其具有制冷机4、泵5、空调机6以及配管7。

图2为示意性地表示控制对象系统2的结构的图。如图2所示，制冷机4为将循环于控制对象系统2的冷冻水进行冷却的装置。制冷机4例如使用制冷剂对冷冻水进行冷却。作为制冷剂，采用容易通过压缩变得高温及高压的物质，例如使用氟利昂(R22、R410等)。制冷机4例如具有压缩机41、冷凝器42、膨胀阀43、蒸发器44、制冷剂管路45、冷冻水入口46以及冷冻水出口47。

压缩机(Compressor)41为对常温及常压的制冷剂进行压缩，从而生成高温及高压的制冷剂的装置。压缩机41从运行控制装置1处接收用于设定冷冻水出口温度的控制指示，根据冷冻水出口温度控制要压缩的制冷剂量并控制制冷剂的温度及压力。冷冻水出口温度为冷冻水出口47处的冷冻水的温度。压缩机41将压缩后的制冷剂送至冷凝器42。并且，随着被压缩的制冷剂量的增多，压缩机41所消耗的功率将会增大。

冷凝器42为通过压缩机41生成的高温及高压的制冷剂与外界空气进行热交换的装置。冷凝器42将热交换后的制冷剂送至膨胀阀43。膨胀阀43为使通过冷凝器42进行热交换后的制冷剂膨胀，从而使制冷剂的压力及温度下降的装置。膨胀阀43将膨胀后的制冷剂送至蒸发器44。蒸发器44为通过膨胀阀43膨胀后的制冷剂与冷冻水进行热交换的装置。蒸发器44将热交换后的制冷剂送至压缩机41。

制冷剂管路45为供制冷剂通过的管道。制冷剂管路45设置于压缩机41与冷凝器42之间、冷凝器42与膨胀阀43之间、膨胀阀43与蒸发器44之间、蒸发器44与压缩机41之间，使制冷剂依次在压缩机41、冷凝器42、膨胀阀43及蒸发器44中循环。冷冻水入口46为从空调机6处返回的冷冻水的入口，并将冷冻水供给至蒸发器44。冷冻水出口47为通过蒸发器44进行冷却的冷冻水的出口，并将冷却后的冷冻水送出至空调机6。

具有这种结构的制冷机4例如从运行控制装置1处接收用于设定冷冻水出口温度的控制指示，将冷冻水出口47处的冷冻水的温度冷却至从运行控制装置1处所接收的冷冻水出口温度。具体而言，与从运行控制装置1处接收的冷冻水出口温度相对应的量的常温及常压的制冷剂，被压缩机41压缩成高温及高压的制冷剂。高温及高压的制冷剂在冷凝器42中与外界空气进行热交换，制冷剂的一部分热量被外界空气带走。之后，在冷凝器42中进行热交换后的制冷剂通过膨胀阀43而发生膨胀，形成低温及低压的制冷剂。接着，低温及低压的制冷剂在蒸发器44中与从冷冻水入口46供给的冷冻水进行热交换，并带走冷冻水的热量。被带走热量的冷冻水从冷冻水出口47被送出至空调机6。此时，冷冻水出口47处的冷冻水温度为从运行控制装置1处接收的冷冻水出口温度。另一方面，在蒸发器44中进行热交换后的制冷剂被压缩机41再次压缩。

泵5为用于循环冷冻水的装置。泵5例如具有电动机及变频器，通过压出冷冻水来向冷冻水提供动力。泵5从运行控制装置1处接收用于设定变频器频率的控制值(例如电流值)，根据控制值设定变频器的频率。泵5通过改变变频器的频率来控制电动机的转速，并改变冷冻水的流速(每单位时间的流量)。

空调机6为使用冷冻水对房间20的室内空气进行冷却的装置，例如为FCU(FanCoilUnit：风机-盘管空调机)。空调机6例如设置于房间20的天花板处。空调机6例如具有蒸发器61、吸入口62和吹出口63。

蒸发器61为通过吸入口62吸入的房间20的室内空气与从制冷机4中送出的冷冻水进行热交换的热交换器。蒸发器61例如具有管道，管道中流有冷冻水。吸入口62为将房间20的室内空气吸入的部位。吹出口63为将通过蒸发器61冷却的空气吹出至房间20的室内的部位。空调机6进一步具有风扇。

在空调机6中，利用风扇的旋转，吸入口62将房间20的室内空气吸入。之后，从吸入口62处吸入的空气在蒸发器61的管道表面处与冷冻水进行热交换，从而被冷却。之后，被冷却的空气从吹出口63处回到房间20的室内。并且，在本例中，风扇的旋转速度固定，因此吸入口62的吸入量及吹出口63的吹出量也为固定值。

配管7为供冷冻水通过的管。配管7例如设置于制冷机4与泵5之间、泵5与空调机6之间、空调机6与制冷机4之间，使冷冻水依次在制冷机4、泵5、空调机6中循环。冷冻水被泵5赋予动力，在配管7中循环。冷冻水在制冷机4中被冷却后，在空调机6中与房间20的室内空气进行热交换。之后，经热交换的冷冻水返回制冷机4并被再次冷却。

控制对象系统2中设置有用于获取各种环境信息的探测器。制冷机4中例如设置有用于获取外界空气温度的探测器、用于获取冷冻水入口46处的冷冻水温度的探测器、用于获取冷冻水出口47处的冷冻水温度的探测器、和用于获取制冷机4的输入功率的探测器等。泵5中例如设置有用于获取循环的冷冻水的流量的探测器、用于获取泵5的输入功率的探测器等。

空调机6中例如设置有用于获取吸入口62处的空气温度及湿度的探测器、用于获取吹出口63处的空气温度及湿度的探测器、和用于获取空调机6的输入功率的探测器等。此外，空调机6中还可以设置用于获取从吹出口63吹出的空气风量的探测器。房间20中设置有用于获取室内温度及湿度的探测器、和用于获取室外的外界空气温度及湿度的探测器。此外，房间20中也可以设置有用于获取室内压力的探测器。

在制冷机4、泵5、空调机6及房间20中，各自设置有用于测定时间的计时器。各探测器所获取的环境信息，与表示各环境信息的获取时间的时间信息一起，经由网络NW被发送至运行控制装置1。

回到图1，继续对运行控制系统10进行说明。运行控制装置1为基于从控制对象系统2处获取的环境信息，对控制对象系统2的控制对象机器进行控制的装置。运行控制装置1例如由服务器装置等信息处理装置构成。

图3为示意性地表示运行控制装置1的硬件结构的图。如图3所示，运行控制装置1在物理上由如CPU(CentralProcessingUnit)101、RAM(RandomAccessMemory)102、ROM(ReadOnlyMemory)103、辅助存储装置104、通信装置105、输入装置106及输出装置107等硬件构成。RAM102为主存储装置。辅助存储装置104例如为硬盘。通信装置105为数据收发装置，例如网卡。输入装置106例如为鼠标、触控板及键盘等。输出装置107例如为显示器。

运行控制装置1通过将指定的电脑程序读入RAM102等硬件上，来基于CPU101的控制而使通信装置105、输入装置106及输出装置107进行运作，同时，对RAM102及辅助存储装置104中的数据进行读出及写入。由此，运行控制装置1得以实现其后述各功能。下面对运行控制装置1的各功能进行说明。

图4为示意性地表示运行控制装置1的功能结构的框图。如图4所示，运行控制装置1具有环境信息收集部11、环境信息存储部12、模型存储部13、模型更新部14、功率消耗系统构建部15、控制值计算部16(计算部)和控制值设定部17(设定部)。

环境信息收集部11具有同时接收由设置于控制对象系统2的各种探测器等所获取的环境信息及表示各环境信息的获取时间的时间信息的功能。环境信息收集部11例如以T1为周期从各种探测器处接收环境信息。周期T1例如为1秒左右。环境信息收集部11使各环境信息与表示各环境信息的获取时间的时间信息相对应并将其存储于环境信息存储部12。

环境信息存储部12具有对通过环境信息收集部11接收的环境信息进行存储的功能。环境信息存储部12使各环境信息与表示各环境信息的获取时间的时间信息相对应并对其进行存储。

作为与制冷机4相关的环境信息，例如有外界空气温度、冷冻水入口46处的冷冻水的温度、冷冻水出口47处的冷冻水的温度及制冷机4的输入功率等。作为与泵5相关的环境信息，例如有通过泵5进行循环的冷却水的流量以及泵5的输入功率等。作为与空调机6相关的环境信息，例如有吸入口62处的空气的湿度及温度、以及吹出口63处的空气的湿度及温度等。此外，作为与空调机6相关的环境信息，也可以包含风量。作为与房间20相关的环境信息，有室内的湿度、室内的温度及外界空气的温度。此外，作为与房间20相关的环境信息，也可以包括室内的气压。

模型存储部13具有对事先准备的物理模型进行存储的功能。物理模型是表示各控制对象机器及空调对象的房间等的指定的物理量的模拟模型。当物理量为不随时间变化的固定值时，该物理模型不包含参数。当物理量随时间变化时，该物理模型包含参数。各参数例如被模型更新部14定期地进行更新。在存储于模型存储部13中的物理模型中，例如含有功率消耗模型和热模型。功率消耗模型，根据控制对象系统2所包含的每一种控制对象机器而进行设定。热模型相对空调对象的房间20及空调机6而进行设定。下面对各模型进行详细说明。

(制冷机4的物理模型)

在制冷机4中，制冷剂被压缩机41压缩，压缩后的制冷剂通过冷凝器42与外界空气进行热交换。在时刻t下，冷凝器42的热交换量由冷凝器42的热交换系数α₁、压缩机41的热交换系数α₂、时刻t下的制冷机4的输入功率(功率消耗)A_t和时刻t下的外界气温temo_t决定。热交换系数α₁例如根据冷凝器42与外界空气的接触面积而定。此外，热交换系数α₁及α₂中的任一个均大于0。即，在时刻t下，通过冷凝器42带走的制冷剂的热量由下述式(1)表示。

[数学式1]

α₁×(α₂×A_t-temo_t)…(1)

$\frac{{\mathrm{d\α}}_2{A}_t}{{\mathrm{dA}}_t}>0$

α₁,α₂＞0

在式(1)中，热交换系数α₂与输入功率A_t的乘积表示经压缩机41压缩后的制冷剂的温度。因此，在时刻t下，输入功率A_t越大，则制冷剂变得越高温及高压。并且，由于制冷剂的温度与外界气温temo_t的差变大，因此热交换率也变大。另一方面，即使当时刻t下的外界气温temo_t非常小时，也可以得到较高的热交换率。

经过冷凝器42后的制冷剂的热量，可以通过从进入冷凝器42之前的制冷剂的热量中减去冷凝器42所带走的制冷剂的热量而求得。即，在时刻t下，经过冷凝器42后的制冷剂的热量采用压缩机41的热交换系数β并由下述式(2)表示。

[数学式2]

β×A_t-α₁×(α₂×A_t-temo_t)…(2)

式(2)中的第一项(热交换系数β与输入功率A_t的乘积)表示进入冷凝器42之前制冷剂的热量。并且，进入压缩机41的制冷剂的热量由制冷剂的绝对量决定，因此，输入功率A_t越大，则越多的制冷剂被压缩且热量也变得越大。

接下来，经冷凝器42进行热交换的制冷剂通过膨胀阀43而发生膨胀。制冷剂的量越多，则膨胀阀43的开度θ越大，以减小制冷剂的压力。由此。制冷剂的温度下降。即，在时刻t下，经过膨胀阀43后的制冷剂的温度由下述式(3)来表示。

[数学式3]

$\frac{\mathrm{\β}\×A_t-{\mathrm{\α}}_1\×({\mathrm{\α}}_2\×A_t-{\mathrm{temo}}_t)}{\mathrm{\θ}\×A_t}\mathrm{...}\left(3\right)$

通过整理式(3)能得到下述式(4)。

[数学式4]

$\mathrm{\γ}+\mathrm{\ω}\×\frac{{\mathrm{temo}}_t}{A_t}\mathrm{...}\left(4\right)$

$\mathrm{\γ}=\frac{\mathrm{\β}-{\mathrm{\α}}_1\×{\mathrm{\α}}_2}{\mathrm{\θ}}$

$\mathrm{\ω}=\frac{{\mathrm{\α}}_1}{\mathrm{\θ}}$

接下来，经膨胀阀43进行膨胀的制冷剂通过蒸发器44来与冷冻水进行热交换。该热交换量由经膨胀阀43进行膨胀的制冷剂的温度(式(4))、冷冻水入口温度Iwi_t和蒸发器44的热交换系数η决定。并且，冷冻水入口温度Iwi_t为在时刻t下从冷冻水入口46进入制冷机4的冷冻水的温度。热交换系数η由蒸发器44的材质、与冷冻水的接触面积及接触压力决定。此外，接触压力由冷冻水的流量V_t与制冷机的温度及压力决定。即，在时刻t下，通过蒸发器44带走的冷冻水的热量由下述式(5)表示。

[数学式5]

$\mathrm{\η}\×({\mathrm{Iwi}}_t-(\mathrm{\γ}+\mathrm{\ω}\×\frac{{\mathrm{temo}}_t}{A_t}\left)\right)\mathrm{...}\left(5\right)$

通过对式(5)进行变换可得到下述式(6)。

[数学式6]

$\mathrm{\η}\×({\mathrm{Iwi}}_t-\mathrm{\γ}-\mathrm{\ω}\×\frac{{\mathrm{temo}}_t}{A_t})\mathrm{...}\left(6\right)$

式(6)表示在时刻t下，制冷机4与冷冻水之间进行热交换的热量。因此，通过在进入制冷机4之前的冷冻水的热量中减去式(6)，即可求得时刻t下的冷冻水出口温度Iwo_t。即，在时刻t下，冷冻水温度从冷冻水入口46的冷冻水入口温度Iwi_t到冷冻水出口47的冷冻水出口温度Iwo_t的变化由下述式(7)表示。

[数学式7]

$V_t\×{\mathrm{Iwo}}_t=(4.2\×V_t\×{\mathrm{Iwi}}_t-\mathrm{\η}\×({\mathrm{Iwi}}_t-\mathrm{\γ}-\mathrm{\ω}\×\frac{{\mathrm{temo}}_t}{A_t}\left)\right)/\mathrm{4.2...}\left(7\right)$

对式(7)进行整理，以使冷冻水的冷冻量成为被解释变量，从而得到下述式(8)。

[数学式8]

$4.2\×V_t\×({\mathrm{Iwi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t)=\mathrm{\η}\×{\mathrm{Iwi}}_t-\mathrm{\η}\×\mathrm{\γ}-\mathrm{\η}\×\mathrm{\ω}\×\frac{{\mathrm{temo}}_t}{A_t}\mathrm{...}\left(8\right)$

在此，理论上，输入功率A_t大于0意味着制冷机4正在运行。然而，考虑到探测器的检测误差等因素，也可以附加输入功率A_t大于1kW这种条件。即，当输入功率A_t小于1kW时，可以判断制冷机4不在运行中。在此情况下，冷冻水入口温度Iwi_t与冷冻水出口温度Iwo_t相等。

根据式(8)，可以得到制冷机4的如下运行特性。即，当外界气温temo_t、冷冻水的流量V_t及冷冻水入口温度Iwi_t为固定值时，输入功率A_t越大，则冷冻水出口温度Iwo_t越小。此外，当输入功率A_t、冷冻水的流量V_t及冷冻水入口温度Iwi_t为固定值时，外界气温temo_t越大，则冷冻水出口温度Iwo_t越大。进一步，当冷冻水入口温度Iwi_t、冷冻水出口温度Iwo_t及外界气温temo_t为固定值时，冷冻水的流量V_t变大，输入功率A_t也随之增加。并且，输入功率A_t的增加为单调增加，并受限于制冷机4的能力范围。

在式(8)中，冷冻水入口温度与冷冻水出口温度的差(Iwi_t-Iwo_t)、外界温度temo_t、输入功率A_t及流量V_t等，可以通过设置于制冷机4的探测器来获取。因此，采用时刻t下的误差ε_t，可定义下述式(9)所表示的回归方程式。

[数学式9]

ΔIw_t＝-κ₁+κ₂×Iwi_t-κ₃×Z_t+ε_t…(9)

ΔIw_t＝4.2×V_t×(Iwi_t-Iwo_t)

κ₁＝η×γ

κ₂＝η

κ₃＝η×ω

$Z_t=\frac{{\mathrm{temo}}_t}{A_t}$

通过对式(9)进行整理，时间t下的制冷机4的输入功率A_t由下述式(10)表示。该式(10)为制冷机4的功率消耗模型。式(10)满足制冷机4对冷冻水的冷却效果随着输入功率A_t的增大而递减的物理特性。

[数学式10]

$A_t=\frac{{\mathrm{\κ}}_3\×{\mathrm{temo}}_t}{{\mathrm{\κ}}_2\×{\mathrm{Iwi}}_t-4.2\×V_t\×({\mathrm{Iwi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t)-{\mathrm{\κ}}_1}\mathrm{...}\left(10\right)$

(泵5的物理模型)

在泵5中，时刻t下的冷冻水的流量V_t与时刻t下的泵5的输入功率(功率消耗)PA_t之间的关系具有以下特性。即，如果泵5的输入功率PA_t的频率降低1Hz，则流量V_t减少1/50(2％)。此外，如果泵5的输入功率PA_t的频率降低1Hz，则输入功率仅以相对于最大限度运行时的功率消耗KW为(1－((50－1)/50)³)的比例减少。基于以上特性，时刻t下的泵5的输入功率PA_t与冷冻水的流量V_t间的关系采用最大限度运行时的功率消耗KW及最大限度运行时的流量Vf，由式(11)表示。该式(11)为泵5的功率消耗模型。

[数学式11]

${\mathrm{PA}}_t={\left(\frac{V_t}{Vf}\right)}^3\×KW\mathrm{...}\left(11\right)$

在式(11)中，流量V_t、最大限度运行时的流量Vf及最大限度运行时的功率消耗KW可以通过设置于泵5的探测器取得。因此，在时刻t下的泵5的输入功率PA_t可以运用式(11)唯一地算出。

(空调机6的物理模型)

时刻t下的空调机6的热交换量(制冷量)C_t由空调机6的热交换系数ψ及热交换系数ξ、时刻t下的冷冻水的流量V_t、时刻t下的冷冻水出口温度Iwo_t、时刻t下的作为房间20的循环空气温度的室内温度temi_t决定。即，时刻t下的空调机6的热交换量C_t由下述式(12)表示。并且，热交换系数ψ为由冷冻水的流量决定的热交换系数，热交换系数ξ为由空调机6中房间20的循环空气与冷冻水之间进行热交换的面积决定的热交换系数。

[数学式12]

C_t＝ψ×V_t×ξ×(temi_t-Iwo_t)＝ρ×V_t×(temi_t-Iwo_t)…(12)

ρ＝ψ×ξ

由此，采用时刻t下的误差ε_t，能够定义以下的回归方程式(13)。该式(13)为空调机6的热交换量(制冷量)模型。

[数学式13]

C_t＝ρ×V_t×(temi_t-Iwo_t)+ε_t…(13)

空调机6以一定速度运行，并持续运行。因此，在时刻t下空调机6的输入功率(功率消耗)FA_t由下述式(14)表示。该式(4)为空调机6的功率消耗模型。

[数学式14]

FA_t＝FA…(14)

在本例中，如式(14)所示，空调机6的输入功率FA_t为固定值FA。固定值FA可以由设置于空调机6的功率探测器获得。固定值FA也可以为空调机6的额定功率。

(房间20的物理模型)

从时刻t-1到时刻t，房间20的热量变化为ΔQ_t，其由时刻t下进入房间20室内的热量及房间20室内新产生的热量Qi_t、与时刻t下被送入房间20室内的制冷量Qo_t决定。即，房间20的热量变化ΔQ_t由下述式(15)表示。

[数学式15]

ΔQ_t＝Qi_t-Qo_t…(15)

Qo_t＝C_t

如果时刻t下的房间20的热量变化ΔQ_t大于0，则房间20的室内温度上升。如果时刻t下的房间20的热量变化ΔQ_t小于0，则房间20的室内温度下降。如果时刻t下的房间20的热量变化ΔQ_t等于0，则房间20的室内温度不变，维持为时刻t-1下的房间20的室内温度。

在此，对从时刻t-1到时刻t，房间20中所产生的热量Qi_t，可以分为辐射热、对流热、及室内的发热3个要素来进行考虑。辐射热是由外部的热量根据热传导定律经由房间20的建筑物将热量传导至房间20室内而产生。对流热是由在将房间20室内的一部分空气排出至外部的同时，外部的新鲜空气被吸入房间20的室内而产生。发热是由房间20室内的人及电子设备而产生。

由此，从时刻t-1到时刻t，在房间20中所产生的热量Qi_t由时刻t下房间20室外的空气的热量io_t、时刻t-1(即时刻t开始时)下房间20室内的空气的热量ii_t－1、时刻t-1下房间的建筑物的包围结构(例如墙壁、窗户、屋顶等)的温度temb_{t －1}、和时刻t-1下房间20的室内温度temi_t－1决定。即，热量Qi_t由下述式(16)表示。

[数学式16]

Qi_t＝μ₁+μ₂×(io_t-ii_t-1)+μ₃×(temb_t-1+μ₄×(temo_t-temb_t-1)-temi_t-1)…(16)

式(16)的右边第1项表示房间20室内的发热。参数μ₁表示由房间20内的人及电子设备等所产生的热量。例如，当房间20为大楼或工厂等时，假定一旦引入设备后即基本不会发生改变。此外，假定在房间20内工作的人员及操作员的人数每日无较大变化。因此，参数μ₁可以为固定值。并且，参数μ₁也可以为时间变量。

式(16)的右边第2项表示对流热。参数μ₂表示相对于房间20室内整体空气的比例。若房间20室内的空气压力固定，则从房间20的室外进入到室内的新鲜空气的量与从房间20的室内排出到室外的空气的量相等。因此，假定对流热的热量的绝对量由建筑物的包围结构及换气能力等因素唯一地决定，并且不随时间发生变化。因此，参数μ₂也可以为固定值。

式(16)的右边第3项表示辐射热。参数μ₃表示对流热量的参数。参数μ₄表示辐射热量的参数。考虑房间20中的辐射热传导路径为以下方式。首先，房间20室外的空气与建筑物的包围结构进行热交换。之后，建筑物的包围结构将热量传导至房间20室内的空气。

接下来，通过将式(16)的右边第3项展开，可以得到下述式(17)。

[数学式17]

μ₃×(temb_t-1+μ₄×(temo_t-temb_t-1)-temi_t-1)＝μ₃×(1-μ₄)×temb_t-1+μ₃×μ₄×temo_t-μ₃×temi_t-1…(17)

通过将式(17)带入式(16)，可以得到下述式(18)。

[数学式18]

Qi_t＝μ₁+μ₂×(io_t-ii_t-1)+μ₃×(1-μ₄)×temb_t-1+μ₃×μ₄×temo_t-μ₃×temi_t-1…(18)

另一方面，通过将式(16)中的时刻返回一个单位，可以得到下述式(19)。

[数学式19]

Qi_t-1＝μ₁+μ₂×(io_t-1-ii_t-2)+μ₃×(1-μ₄)×temb_t-2+μ₃×μ₄×temo_t-1-μ₃×temi_t-2...(19)

通过关于时刻t-2下建筑物的包围结构的温度temb_t-2而对式(19)进行求解，可得到下述式(20)。该式(20)为房间20的建筑物的包围结构的温度模型。

[数学式20]

temb_t-2＝g(·)＝(Qi_t-1-μ₁-μ₂×(io_t-1-ii_t-2)-μ₃×μ₄×temo_t-1+μ₃×temi_t-2)/(μ₃×(1-μ₄))…(20)

在式(20)中，能够观测到时刻t-1下房间20中产生的热量Qi_t－1，也可以通过探测器得到其他解释变量。因此，可以通过线性回归来计算式(20)。从时刻t-1到时刻t，建筑物的包围结构的温度temb_t－1主要根据外界气温及室内温度的变化而变化，因此仍然由外界气温与室内温度的温度差及热交换面积(建筑物的包围结构、墙壁、房顶、窗户等的面积)决定。即，建筑物的包围结构的温度temb_{t －1}由下述式(21)表示。

[数学式21]

temb_t-1＝τ₁×(temo_t-g(·))+τ₂×(g(·)-temi_t)+g(·)…(21)

通过对式(21)进行变形，可以得到下述式(22)。

[数学式22]

temb_t-1＝τ₁×temo_t-τ₂×temi_t+τ₃×g(·)…(22)

τ₃＝1+τ₂-τ₁

通过将式(22)代入式(16)中进行整理，可得到下述回归方程式(23)。该式(23)为房间20的热量模型。

[数学式23]

Qi_t＝ν₀+ν₁×Qi_t-1+ν₂×(io_t-ii_t-1)+ν₃×(io_t-ii_t-2)

+ν₄×temi_t+ν₅×temi_t-1+ν₆×temi_t-2+ν₇×temo_t+ν₈×temo_t-1+ε_t…(23)

ν₀＝μ₁×(1-τ₃)

ν₁＝τ₃

ν₂＝μ₂

ν₃＝τ₃×μ₂

ν₄＝μ₃×(1-μ₄)×τ₃

ν₅＝μ₃

ν₆＝τ₃×μ₃

ν₇＝τ₁×μ₃×(1-μ₄)×μ₃

ν₈＝τ₄×μ₄

在式(23)中，在时刻t开始的时间点，右边所有的解释变量可以由探测器获得，或者可以利用环境信息计算得出。因此，式(23)满足统计估算的条件，从而能够估算参数ν₀～ν₈。

模型更新部14具有更新存储于模型存储部13的物理模型的功能。模型更新部14以T2为周期定期地对存储于模型存储部13的物理模型的参数值进行估算并更新，从而对物理模型进行更新。周期T2例如为周期T1以上。模型更新部14使用存储于环境信息存储部12的环境信息，对物理模型的参数值进行估算。模型更新部14使用在进行更新的时刻以前所获取的一部分或全部环境信息，对物理模型的参数值进行估算。模型更新部14例如利用统计学，并通过应用条件最小二乘法，对参数值进行估算。并且，环境变化及设备运行的信息越多，对参数值的估算精度也就越高。

具体而言，模型更新部14使用存储于模型存储部13的回归方程式(10)、和存储于环境信息存储部12的环境信息，对参数κ₁、κ₂、κ₃的值进行估算。该估算所使用的环境信息为通过探测器等所获取的冷冻水入口温度与冷冻水出口温度的差(Iwi_t－Iwo_t)、外界气温temo_t、输入功率A_t、流量V_t等相关的环境信息。约束条件为冷冻水入口温度Iwi_t及冷冻水出口温度Iwo_t大于0，并且冷冻水入口温度Iwi_t大于冷冻水出口温度Iwo_t。

模型更新部14使用存储于模型存储部13的回归方程式(13)、和存储于环境信息存储部12的环境信息，对参数ρ的值进行估算。在这里，空调机6的热交换量C_t可以由吸入口62处空气的温度、以及吹出口63处空气的温度计算得出。此外，还使用与冷冻水出口温度Iwo_t、房间20的室内温度temi_t、流量V_t等相关的环境信息。因此，模型更新部14利用回归分析估算参数ρ的值，并将回归方程式(13)公式化。

同样地，模型更新部14使用存储于模型存储部13的式(20)、和存储于环境信息存储部12的环境信息，对参数μ₁～μ₄的值进行估算。此外，模型更新部14使用存储于模型存储部13的式(23)、和存储于环境信息存储部12的环境信息，对参数ν₀～ν₈的值进行估算。

功率消耗系统构建部15具有根据控制对象系统2的结构，使用模型更新部14所更新的物理模型对功率消耗系统进行构建的功能。功率消耗系统为表示控制对象系统2的功率消耗的模拟模型，其用于使到控制对象系统2运行结束为止的总功率消耗最小，并包含与控制对象系统2的结构相应的功率消耗模型。功率消耗系统构建部15例如以T3为周期定期地构建功率消耗系统。该周期T3例如为周期T1以上。功率消耗系统构建部15事先存储有表示控制对象系统2的结构的结构信息。该结构信息例如可以根据控制对象系统2的物理结构的变化(例如，控制对象机器的添加、撤除，配管的改造等)由管理者对其进行变更。功率消耗系统构建部15也可以根据结构信息的变化对功率消耗系统进行构建。

在这里，从冷冻水出口47处送出的冷冻水在空调机6中与房间20的室内空气进行热交换。之后，冷冻水吸收房间20的室内空气的热量并返回冷冻水入口46。即，时刻t下的冷冻水出口温度Iwo_t加上时刻t下所吸收的热量，即得到时刻t+1下的冷冻水入口温度Iwi_t+1。即，时刻t+1下的冷冻水入口温度Iwi_t+1由下述式(24)表示。

[数学式24]

Iwi_t+1＝(4.2×V_t×Iwo_t+C_t)/(4.2×V_t)＝(4.2×Iwo_t+ρ×(temi_t-Iwo_t))/4.2…(24)

通过关于时刻t下的冷冻水出口温度Iwo_t对该式(24)进行微分，可得到下述式(25)。

[数学式25]

$\frac{{\mathrm{dIwi}}_{t+1}}{{\mathrm{dIwo}}_t}=\frac{4.2-\mathrm{\ρ}}{4.2}=1-\frac{\mathrm{\ρ}}{4.2}\mathrm{...}\left(25\right)$

式(25)表示若将时刻t下的冷冻水出口温度Iwo_t上升一个单位，会给时刻t+1下的冷冻水入口温度Iwi_t+1带来多大程度的温度上升。如此，在时刻t开始时，随着时间的变化，热量进入到房间20的室内，因此，如果不进行空气调节，则环境会发生变化。因此，为了在即使热量发生变化的情况下也能够将环境维持为时刻t-1时的状态，需要对所需的制冷量进行计算。在此，在运行控制装置1中，为了在控制对象系统2整个运行期间降低功率消耗，使用约束拉格朗日系统(constrainedLagrangiansystem)。

功率消耗系统构建部15例如作为功率消耗系统而构建约束拉格朗日系统。功率消耗系统15例如使用拉格朗日乘数q，构建由下述式(26)表示的约束拉格朗日系统。

[数学式26]

$L=\underset{{\mathrm{Iwo}}_t,V_t}{min}\underset{t=t0}{\overset{T}{\Σ}}(A_t+{\mathrm{PA}}_t+{\mathrm{FA}}_t)+q\×({\mathrm{\ΔQ}}_t-({\mathrm{Qi}}_t-C_t\left)\right)\mathrm{...}\left(26\right)$

式(26)的右边第1项的括号内，表示时刻t下的控制对象系统2的功率消耗。在本例中，控制对象系统2具有1个制冷机4、1个泵5、和1个空调机6。因此，在时刻t下的控制对象系统2的功率消耗由制冷机4的输入功率A_t、泵5的输入功率PA_t和空调机6的输入功率FA_t之和来表示。式(26)的右边第2项表示约束模型。约束模型为表示控制对象系统2中的约束的模型。在本例中，约束模型为热量变化模型，表示时刻t下的制冷量必须等于时刻t时产生的新热量或应该被带走的热量。热量变化模型为表示与控制对象系统2所造成的空调对象(在本例中，为房间20)的热量变化相关的约束的模型。

如此，式(26)表示，通过选择时刻t下的冷冻水出口温度Iwo_t及流量V_t，使时刻t下的制冷量与时刻t时产生的新的热量或应该带走的热量相等，同时，使从时刻t0到时刻T为止控制对象系统2的功率消耗的总和达到最小。时刻t0例如为在运行控制装置1中计算控制值的当前的时刻。时刻t0也可以为控制对象系统2的运行开始时刻。此外，时刻T为控制对象系统2的运行结束时刻。当控制对象系统2无限期地运行时，时刻T为无限大。

并且，约束模型也可以设定为，到房间20的室内温度达到通过运行控制装置1设定的室内目标温度为止，使时刻t下的制冷量(热交换量)C_t与时刻t下所产生的新的热量Qi_t之间的差达到最大。此外，约束模型也可以设定为，在房间20的室内温度达到室内目标温度后，使时刻t下的制冷量C_t与时刻t下产生的新的热量Qi_t相等。

通过将式(26)变形，可得到下述式(27)。

[数学式27]

$L=\underset{{\mathrm{Iwo}}_t,V_t}{max}\underset{t=t0}{\overset{T}{\Σ}}-(A_t+{\mathrm{PA}}_t+{\mathrm{FA}}_t)+q\×({\mathrm{\ΔQ}}_t-({\mathrm{Qi}}_t-C_t\left)\right)\mathrm{...}\left(27\right)$

解式(27)，可得到下述哈密顿方程式(28)。

[数学式28]

$\left\{\begin{array}{c}-f_t(\·)\×(4.2\×V_t)-f_{t+1}(\·)\×({\mathrm{\κ}}_2-4.2\×V_{t+1})+q\×\mathrm{\ρ}\×V_t=0\\ f_t(\·)\×(4.2\×({\mathrm{Iwi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t)-f_{t+1}(\·)\×({\mathrm{\κ}}_2\×\left(1-\frac{\mathrm{\ρ}}{4.2}\right)+4.2\×V_{t+1}\×\left(1-\frac{\mathrm{\ρ}}{4.2}\right)\left)\right)\\ +3\×{\left(\frac{V_t}{Vf}\right)}^3\×KW-q\×\left(\mathrm{\ρ}\×\left({\mathrm{temi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t\right)\right)=0\\ {\mathrm{\ΔQ}}_t-({\mathrm{Qi}}_t-\mathrm{\ρ}\×V_t\×({\mathrm{temi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t\left)\right)=0\end{array}\right.\mathrm{...}\left(28\right)$

并且，式(28)中的函数f_t(·)由下述式(29)表示，函数f_t+1(·)由式(30)表示。

[数学式29]

$f_t(\·)=\frac{{\mathrm{\κ}}_3\×{\mathrm{temo}}_t}{{({\mathrm{\κ}}_2\×{\mathrm{Iwi}}_t-4.2\×V_t\×({\mathrm{Iwi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t)-{\mathrm{\κ}}_1)}^2}\mathrm{...}\left(29\right)$

[数学式30]

$f_{t+1}(\·)=\frac{{\mathrm{\κ}}_3\×{\mathrm{temo}}_{t+1}}{{({\mathrm{\κ}}_2\×{\mathrm{Iwi}}_{t+1}-4.2\×V_{t+1}\×({\mathrm{Iwi}}_{t+1}-{\mathrm{Iwo}}_{t+1})-{\mathrm{\κ}}_1)}^2}\mathrm{...}\left(30\right)$

控制值计算部16具有如下功能：基于由功率消耗系统构建部15所构建的功率消耗系统，计算控制值。控制值计算部16例如以T3为周期定期地计算控制值。具体而言，控制值计算部16通过解哈密顿方程式(28)而计算出时刻t下的冷冻水出口温度Iwo_t及流量V_t的最佳值。然而，在时刻t下，由于无法获取时刻t+1以后的环境信息，因此，无法直接求解哈密顿方程式(28)。因此，下面对哈密顿方程式(28)的解法进行说明。

(解法1)

通过将从时刻t至时刻t+1为止的时间设为足够小，能够假设下述式(31)成立。

[数学式31]

$\underset{\mathrm{\Δ}t\→0}{\lim }\frac{{\mathrm{dtemo}}_{t+1}}{d\mathrm{\Δ}t}=0,{\mathrm{temo}}_{t+1}={\mathrm{temo}}_t\mathrm{...}\left(31\right)$

式(31)意味着在足够短的时间间隔内，外界空气的环境没有发生剧烈变化。因此，可以假设下述式(32)及式(33)成立。

[数学式32]

f_t(·)＝f_t+1(·)…(32)

[数学式33]

V_t+1≈V_t…(33)

之后，通过将式(32)及式(33)代入哈密顿方程式(28)并进行整理，可得到下述系统式(34)。

[数学式34]

$\left\{\begin{array}{c}-{\mathrm{\κ}}_2\×f_t(\·)+q\×\mathrm{\ρ}\×V_t=0\\ f_t(\·)\×(4.2\×({\mathrm{Iwi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t)-{\mathrm{\κ}}_2\×(1-\frac{\mathrm{\ρ}}{4.2})-4.2\×V_t\×\left(1-\frac{\mathrm{\ρ}}{4.2}\right))\\ +3\×{\left(\frac{V_t}{Vf}\right)}^3\×KW-q\×(\mathrm{\ρ}\×({\mathrm{temi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t\left)\right)=0\\ {\mathrm{\ΔQ}}_t-({\mathrm{Qi}}_t-\mathrm{\ρ}\×V_t\×({\mathrm{temi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t\left)\right)=0\end{array}\right.\mathrm{...}\left(34\right)$

控制值计算部16读出存储于环境信息存储部12的环境信息，并基于读出的环境信息获取求解系统式(34)所需要的所有信息。这些信息可以直接从环境信息中获取，或者基于环境信息计算得到。控制值算出部16使用这些信息对系统式(34)进行求解，从而计算出时刻t下的冷冻水出口温度Iwo_t及流量V_t的最佳值。

(解法2)

在控制对象系统2开始运行时的0期的运行，即时刻0(t＝0)的初始运行中，房间20中暂时未进行空气调节，因此认为房间20的室内温度高于室内目标温度。在这种状况下运行控制对象系统2时，为了使房间20的室内温度迅速达到室内目标温度，将制冷机4及泵5的初始设定值设定为最大值(最大能力)来使其运行。在这种状态下，控制对象系统2通过将制冷机4及泵5的输入设定为最大，从而达到最大的输出ΔQ₀。因此，可以说该最大输入等于最佳解。

在此期间，控制对象系统2的运行可得到与最佳控制运行相同的结果。因此，将时刻0作为时刻t-1，并将哈密顿方程式(28)的时刻返回一个单位前，从而能够得到下述式(35)。

[数学式35]

$\left\{\begin{array}{c}-f_{t-1}(\·)\×(4.2\×V_{t-1})-f_t(\·)\×({\mathrm{\κ}}_2-4.2\×V_t)+q\×\mathrm{\ρ}\×V_{t-1}=0\\ f_{t-1}(\·)\×(4.2\×({\mathrm{Iwi}}_{t-1}-{\mathrm{Iwo}}_{t-1})-f_t(\·)\×({\mathrm{\κ}}_2\×\left(1-\frac{\mathrm{\ρ}}{4.2}\right)+4.2\×V_t\×\left(1-\frac{\mathrm{\ρ}}{4.2}\right)\left)\right)\\ +3\×{\left(\frac{V_{t-1}}{Vf}\right)}^3\×KW-q\×\left(\mathrm{\ρ}\×\left({\mathrm{temi}}_{t-1}-{\mathrm{Iwo}}_{t-1}\right)\right)=0\\ {\mathrm{\ΔQ}}_{t-1}-({\mathrm{Qi}}_{t-1}-\mathrm{\ρ}\×V_{t-1}\×({\mathrm{temi}}_{t-1}-{\mathrm{Iwo}}_{t-1}\left)\right)=0\end{array}\right.\mathrm{...}\left(35\right)$

之后，将函数f_t(·)代入式(29)，并将哈密顿方程式(28)的第3式替换为式(35)的第3式，从而可得到下述系统式(36)。

[数学式36]

$\left\{\begin{array}{c}-f_{t-1}(\·)\×(4.2\×V_{t-1})-\frac{{\mathrm{\κ}}_3\×{\mathrm{temo}}_t}{{({\mathrm{\κ}}_2\×{\mathrm{Iwi}}_t-4.2\×V_t\×({\mathrm{Iwi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t)-{\mathrm{\κ}}_1)}^2}\×({\mathrm{\κ}}_2-4.2\×V_t)+q\×\mathrm{\ρ}\×V_{t-1}=0\\ f_{t-1}(\·)\×(4.2\×({\mathrm{Iwi}}_{t-1}-{\mathrm{Iwo}}_{t-1})-\frac{{\mathrm{\κ}}_3\×{\mathrm{temo}}_t}{{({\mathrm{\κ}}_2\×{\mathrm{Iwi}}_t-4.2\×V_t\×({\mathrm{Iwi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t)-{\mathrm{\κ}}_1)}^2}\×({\mathrm{\κ}}_2\×\left(1-\frac{\mathrm{\ρ}}{4.2}\right)+4.2\×V_t\×\left(1-\frac{\mathrm{\ρ}}{4.2}\right)\left)\right)\\ +3\×{\left(\frac{V_{t-1}}{Vf}\right)}^3\×KW-q\×(\mathrm{\ρ}\×({\mathrm{temi}}_{t-1}-{\mathrm{Iwo}}_{t-1}\left)\right)=0\\ {\mathrm{\ΔQ}}_t-({\mathrm{Qi}}_t-\mathrm{\ρ}\×V_t\×({\mathrm{temi}}_t-{\mathrm{Iwo}}_t\left)\right)=0\end{array}\right.\mathrm{...}\left(36\right)$

控制值计算部16读出存储于环境信息存储部12的环境信息，并基于读出的环境信息获取求解系统式(36)所需要的所有信息。这些信息可以从环境信息中直接获得，也可以基于环境信息计算得出。控制值计算部16使用这些信息对系统式(36)进行求解，从而计算出时刻t下的冷冻水出口温度Iwo_t及流量V_t的最佳值。

控制值设定部17具有如下功能：为了将控制值计算部16所算出的控制值设定于控制对象机器，向控制对象系统2发送控制指示。在本例中，控制值设定部17发送控制指示，该控制指示用于将控制值计算部16所算出的冷冻水出口温度Iwo_t设定于制冷机4。此外，控制值设定部17向泵5发送控制指示，该控制指示用于将控制值计算部16所算出的流量V_t设定于泵5。控制值设定部17例如也可以将用于设定与流量V_t相对应的频率的电流值发送给泵5。

控制值设定部17将房间20的室内目标温度设定于控制对象系统2。房间20的室内目标温度由使用者设定于运行控制装置1。控制值设定部17例如通过将设定值写入制冷机4的控制部，并将与室内目标温度相对应的电流的模拟信号发送给泵5的变频器的外部控制端子，从而进行控制。控制值设定部17也可以将房间20的室内目标湿度设定于控制对象系统2。房间20的室内目标湿度由使用者设定于运行控制装置1。在这种情况下，也与室内目标温度相同地，控制值设定部17对控制对象系统2的控制对象机器进行与室内目标湿度相对应的设定。

接着，对具有上述结构的运行控制装置1中的运行控制方法进行说明。图5为表示运行控制装置1的运行控制方法的处理顺序的一个例子的流程图。

如图5所示，首先，环境信息收集部11同时接收由设置于控制对象系统2的探测器所获取的环境信息和表示各环境信息的获取时间的时间信息。之后，环境信息收集部11使接收到的环境信息与时间信息相对应并对其进行保存(收集步骤S11)。

接下来，模型更新部14基于在收集步骤S11中由环境信息收集部11所收集的环境信息，对存储于模型存储部13中的各物理模型进行更新(模型更新步骤S12)。具体而言，模型更新部14使用存储于环境信息存储部12中的环境信息中，在进行更新的时刻以前所取得的一部分或者全部环境信息，对存储于模型存储部13中的物理模型的参数值进行估算。之后，模型更新部14使用估算得到的参数值对物理模型的参数进行更新，从而更新物理模型。模型更新部14例如利用统计学，并运用条件最小二乘法来估算参数值。

接下来，功率消耗系统构建部15使用在模型更新步骤S12中由模型更新部14所更新的物理模型，构建与控制对象系统2的结构相应的功率消耗系统(功率消耗系统构建步骤S13)。功率消耗系统构建部15例如构建如式(26)的约束拉格朗日系统。

接下来，控制值计算部16使用在功率消耗系统构建步骤S13中由功率消耗系统构建部15所构建的功率消耗系统，计算出控制对象系统2的控制对象机器的控制值(计算步骤S14)。控制值计算部16例如使用上述解法1或者解法2动态地计算控制值，以使直到控制对象系统2的运行结束时刻为止的功率消耗总和达到最小。在本例中，控制值计算部16计算出时刻t下的冷冻水出口温度Iwo_t及流量V_t的最佳值。

接下来，控制值设定部17将计算步骤S14中由控制值计算部16所计算出的控制值设定于控制对象系统2的控制对象机器(设定步骤S15)。在本例中，控制值设定部17发送控制指示，该控制指示用于将在计算步骤S14中由控制值计算部16所计算出的冷冻水出口温度Iwo_t设定于制冷机4。此外，控制值设定部17向泵5发送控制指示，该控制指示用于将在计算步骤S14中由控制值计算部16所计算出的流量V_t设定于泵5。

之后，运行控制装置1所进行的运行控制方法的一系列处理得以结束。并且，在图5的流程图中，收集步骤S11～设定步骤S15依照此顺序作为一系列的处理而进行，但并不限定于此。例如，收集步骤S11也可以以T1(例如1秒左右)为周期定期地进行。此外，模型更新步骤S12也可以以T2为周期定期地进行。此外，功率消耗系统构建步骤S13、计算步骤S14及设定步骤S15也可以作为一系列的处理，以T3为周期定期地进行。如此，收集步骤S11、模型更新步骤S12、和功率消耗系统构建步骤S13～设定步骤S15也可以各自独立地进行。

如上所述，在运行控制装置1中，根据控制对象系统2所包含的每一种控制对象机器而准备功率消耗模型，并基于环境信息对各功率消耗模型进行更新。之后，根据控制对象系统2的结构，由功率消耗模型来构建功率消耗系统。为此，即使发生控制对象机器的添加或者撤除，也没有必要重新制作功率消耗模型，可以使用变更后的控制对象系统2所包含的控制对象机器的功率消耗模型来构建功率消耗系统。由此，能够实现与控制对象系统2的结构变化相对应的功率消耗系统再构建的容易化。

此外，在运行控制装置1中，使用功率消耗系统计算出控制对象机器的控制值，以使直到控制对象系统2的运行结束时刻为止的功率消耗达到最小，并将控制值设定于控制对象机器。为此，不仅能够实现某个时间点下的功率消耗最小化，还可能够实现直到控制对象系统2结束运行为止的总功率消耗的最小化。其结果为，能够降低功率消耗。

此外，在运行控制装置1中，功率消耗系统为含有约束模型的拉格朗日系统。此外，约束模型含有热量变化模型。为此，能够满足约束模型所规定的条件，即热量变化模型所规定的热量变化条件，同时，能够降低功率消耗。

并且，本发明所涉及的运行控制装置及运行控制方法并不局限于上述实施方式。例如，控制对象系统2也可以进一步具有1个或者多个空气调节装置(AirHandlingUnit：AHU)等末端设备。在这种情况下，将空气调节装置的功率消耗模型预先存储于模型存储部13中，模型更新部14对空气调节装置的功率消耗模型进行更新。此外，功率消耗系统构建部15构建含有空气调节装置的功率消耗模型的功率消耗系统。

此外，控制对象系统2也可以具有2个以上的空调机6。在这种情况下，功率消耗系统构建部15构建含有与空调机6的数目相对应的功率消耗模型的功率消耗系统。

此外，在上述实施方式中，空调机6以固定速度运行，空调机6的输入功率FA_t为与时间无关的固定值，然而并不限定于此。例如，空调机6也可以为具有变频器、能够由运行控制装置1对风量进行控制的结构。在这种情况下，空调机6的输入功率FA_t可以为随时间变化的模型，模型更新部14也可以更新空调机6的功率消耗模型。之后，控制值计算部16在计算出冷冻水出口温度Iwo_t及流量V_t以外，还可算出空调机6的风量，作为控制值。此外，控制值设定部17也可以将用于设定由控制值计算部16所算出的风量的控制指示发送给空调机6。

此外，空调机6也可以为具有开关、能够由运行控制装置1对空调机6的进行开关控制的结构。在这种情况下，空调机6的输入功率FA_t可以为随时间变化的模型，模型更新部14也可以更新空调机6的功率消耗模型。之后，控制值计算部16在计算出冷冻水出口温度Iwo_t及流量V_t以外，还可以计算出表示空调机6的开启状态或关闭状态中的任一种的状态值，作为控制值。此外，控制值设定部17也可以将用于将空调机6设定为开启状态或关闭状态的控制指示发送给空调机6。

此外，也可以采用进一步具有表示设备老化性能的时间序列变量的物理模型，来作为各控制对象机器的物理模型。

此外，模型更新部14也可以对存储于模型存储部13的物理模型的全部参数值进行估算，但不限定于此。例如在上述实施方式中，模型更新部14利用式(10)及环境信息对参数κ₁～κ₃的值进行估算，利用式(23)及环境信息对参数ν₀～ν₈的值进行估算即可。

此外，在上述实施方式中，由管理者对控制对象系统2的结构信息进行变更，但并不限定于此。功率消耗系统构建部15也可以检测出控制对象系统2的结构变化，根据变更后的控制对象系统2的结构对控制对象系统2的结构信息进行变更。

此外，在上述实施方式中，约束模型包含热量变化模型，但并不限定于此。约束模型例如也可以含有机器性能模型。机器性能模型为表示与控制对象系统2的控制对象机器的性能相关的约束的模型。在这种情况下，能够满足机器性能模型所规定的机器性能的条件，同时降低功率消耗。

此外，哈密顿方程式(28)为等号约束方程式，然而，在实际应用中，有时会由于存在环境要求不同的房间、以及设备性能等问题而无法实现等号约束。为此，控制值计算部16也可以利用非线性规划法计算出控制值。具体而言，控制值计算部16也可以以满足下述条件式(38)的方式对式(37)进行求解。

[数学式37]

$\underset{{\mathrm{Iwo}}_t,V_t}{min}\underset{t=t0}{\overset{\mathrm{\∞}}{\Σ}}(A_t+{\mathrm{PA}}_t+{\mathrm{FA}}_t)\mathrm{...}\left(37\right)$

[数学式38]

Qi_t-C_t＝ΔQ_t

Iwo_t≤Iwi_t…(38)

Iwo_min≤Iwo_t

即，冷冻水出口温度Iwo_t在所有时刻下均为由制冷机4性能所决定的最低冷冻水出口温度Iwo_min以上。此外，在制冷机4处于制冷状态下，由于在制冷机4中，冷冻水未被加热，因此，在所有时刻下，冷冻水出口温度Iwo_t都不会大于冷冻水入口温度Iwi_t。控制值计算部16例如也可以与上述实施方式相同地对式(37)进行变形，使用加边海森矩阵计算出控制值。

工业上的可利用性

根据本实施方式，可以提供能够灵活地应对控制对象系统的结构变化，同时进一步降低功率消耗的运行控制装置及运行控制方法。

符号说明

1…运行控制装置

2…控制对象系统

4…制冷机(控制对象机器)

5…泵(控制对象机器)

6…空调机(控制对象机器)

14…模型更新部

15…功率消耗系统构建部

16…控制值计算部(计算部)

17…控制值设定部(设定部)

Iwo_t…冷冻水出口温度(控制值)

S12…模型更新步骤

S13…功率消耗系统构建步骤

S14…计算步骤

S15…设定步骤

V_t…流量(控制值)

Claims (6)

1.一种运行控制装置，其包括：

模型更新部，所述模型更新部基于收集到的环境信息，对功率消耗模型进行更新，其中，所述功率消耗模型是根据空调系统即控制对象系统所含有的控制对象机器的种类而准备的；

功率消耗系统构建部，所述功率消耗系统构建部根据所述控制对象系统的结构，由通过所述模型更新部更新的功率消耗模型来构建功率消耗系统；

计算部，所述计算部利用通过所述功率消耗系统构建部构建的所述功率消耗系统，计算所述控制对象机器的控制值，以使直到所述控制对象系统的运行结束时刻为止的功率消耗最小；以及，

设定部，所述设定部将通过所述计算部计算出的控制值设定于所述控制对象机器。

2.如权利要求1所述的运行控制装置，其中，

所述功率消耗系统为包含约束模型的拉格朗日系统，所述约束模型为表示所述控制对象系统中的约束的模型。

3.如权利要求2所述的运行控制装置，其中，

所述约束模型包括热量变化模型，所述热量变化模型为表示与所述控制对象系统所导致的空调对象的热量变化相关的约束的模型。

4.如权利要求2或3所述的运行控制装置，其中，

所述约束模型包括机器性能模型，所述机器性能模型为表示与所述控制对象机器的性能相关的约束的模型。

5.如权利要求1～4中任一项所述的运行控制装置，其中，

所述计算部动态地计算出所述控制值，以使从所述控制对象系统的运行开始时刻到运行结束时刻为止的功率消耗最小。

6.一种运行控制方法，其包括：

模型更新步骤：基于收集到的环境信息对功率消耗模型进行更新，所述功率消耗模型是根据空调系统即控制对象系统所含有的控制对象机器的种类而准备的；

功率消耗系统构建步骤：根据所述控制对象系统的结构，由在所述模型更新步骤中被更新的功率消耗模型来构建功率消耗系统；

计算步骤：使用在所述功率消耗系统构建步骤中所构建的所述功率消耗系统，计算出所述控制对象机器的控制值，以使直到所述控制对象系统的运行停止时刻为止的功率消耗最小；以及，

设定步骤：将在所述计算步骤中计算出的控制值设定于所述控制对象机器。