JP2012513563A - 圧縮エアステーションを制御及び/又は調整するためのシミュレーション支援型方法 - Google Patents
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Abstract
(図1)
Description
2 コンプレッサ
3 システム制御器
4 加圧流体
5 アクチュエータ
6 データセット
8 加圧流体タンク
9 圧力路
10 スイッチング戦略
11 別のスイッチング戦略
12 スイッチオフ戦略
13 スイッチオン戦略
14 圧力エアドライヤ
20 事前シミュレーション方法
21 コンプレッサシステムモデル
22 性能基準
23 時間間隔
30 スイッチングコマンド
41 圧力帯上限値
42 圧力帯下限値
54 圧力等化用コンプレッサ
55 システムパラメータ
56 システム状態変数
60 ハードウェア
61 バス系統
70 シミュレーションカーネル
71 アルゴリズムカーネル
72 情報ベース
Claims (38)
- 任意に異なる技術的仕様を有する少なくとも複数の相互接続されたコンプレッサ(2)、及び任意の圧縮エアシステム装置を備えた圧縮エアステーション(1)を制御及び/又は調整するための方法であって、該圧縮エアステーション(1)が、任意に電子システム制御器(3)によって制御サイクル及びスイッチング戦略(10)を実行して該圧縮エアステーション(1)の一人以上のユーザーが常に利用できる該圧縮エアステーション(1)における加圧流体(4)の量に影響を及ぼすと共に、該圧縮エアステーション(1)から撤退した加圧流体(4)の量に基づいて該圧縮エアステーション(1)の未来の動作条件に、該圧縮エアステーション(1)の一人以上のユーザーに対して常に利用できる加圧流体(4)の量を、適応的に調整する圧縮エアステーション(1)の制御及び/又は調整方法であって、
スイッチング戦略(10)を開始する前に、該圧縮エアステーション(1)のモデル(21)に基づいて事前シミュレーション方法(20)において異なるスイッチング戦略(10)が分析され、比較的最も有利なスイッチング戦略(10)が少なくとも一つの一定の性能基準(22)に基づいて該分析されたスイッチング戦略(10)の中から選択され、そして選択されたスイッチング戦略(10)が該圧縮エアステーションを実施するための該システム制御器(3)に中継されることを特徴とした方法。 - 請求項1において、
所定の圧力上限値及び/又は圧力下限値が、該方法、任意に該事前シミュレーション方法(20)に、維持すべき基本的な条件として考慮されることを特徴とした方法。 - 請求項1又は2において、
各スイッチング戦略(10)を分析するための該事前シミュレーション方法(20)が、シミュレートされた時間間隔に相当するよりも早く、好ましくは制御サイクルの期間より短い時間で実行されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
各スイッチング戦略(10)を任意に分析するための該事前シミュレーション方法(20)が該事前シミュレーション(20)の時間間隔に渡って該圧縮エアステーション(1)の該モデル(21)に含まれる状態変数の時間的変化を含むものであることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
該圧縮エアステーション(1)のモデル(21)は、一組の時間依存及び/又は非線形並びに場合によっては構成上可変の微分方程式に基づいており該コンプレッサ及び/又は別の任意の圧縮エアシステム装置に応答して不連続及び/又は応答時間を再生することにより、該圧縮エアステーション(1)の現在の状態変数に関する過去の事象の効果が決定できるようにしたことを特徴とした方法。 - 請求項1乃至5のいずれか一つにおいて、
該異なるスイッチング戦略(10)の発展が、該事前シミュレーション方法(20)の間、所定の時間間隔(23)に渡って離散的又は連続的ステップにおいて予測又は計算されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至6のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション方法(20)が、1秒から1000秒、好ましくは10秒から300秒の所定の時間間隔(23)に渡って実行されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至7のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション(20)の時間間隔が、該圧縮エアステーション(1)のモデルのパラメータ及び/又は状態変数に基づいて、任意に該圧縮エア消費量の圧力事象及び/又は記録又は予知から中止基準によって適応的に調節されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至8のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション方法(20)によって分析される該スイッチング戦略(10)が、該事前シミュレーション(20)の間隔中の始め、終わり及び/又はあらゆる所定の時点におけるコンプレッサ(2)及び他の任意の圧縮エアステーション(1)の装置の動作モードの離散的又は連続的な変化を含むことを特徴とした方法。 - 請求項1乃至9のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション方法(20)の該シミュレートされた時間間隔(23)の長さが、該コンプレッサシステム(1)の該コンプレッサ(2)の技術的な性能データの関数として及び/又は個々のコンプレッサ(2)の現在の負荷及び/又は過去の負荷の変動の関数として決定されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至10のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション(20)が0.1秒から60秒、好ましくは1秒の離散ステップで実行されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至11のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション(20)の間、該コンプレッサ(2)及び/又は別の任意の圧縮エアシステム装置の応答、任意に該コンプレッサ(2)の遅延した圧縮エア開放及び付加的なエネルギー消費における不連続及び/又は反応時間の少なくともいくつかが該事前シミュレーション中の動作状態での変化と共に考慮され、該システム制御器(3)における該事前シミュレーション(20)とは別の考慮を行う必要がないようにしたことを特徴とする方法。 - 請求項1乃至12のいずれか一つにおいて、
異なる上側圧力値(41)又は下側圧力(42)が、該事前シミュレーション方法(20)の境界内において所定のスイッチング戦略(10)をトリガーするための基準として別のスイッチング戦略(10)のグループとして考慮されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至12のいずれか一つにおいて、
異なる上側圧力値(41)又は下側圧力(42)が、少なくとも一つの所定のスイッチング戦略(12)又は該事前シミュレーション方法(20)の境界内における少なくとも一つの所定のスイッチング戦略(10)のための相互接続されたコンプレッサの少なくとも一つに対する別のスイッチング戦略(10)のグループとして考慮されることを特徴とした方法。 - 請求項14において、
少なくとも一つの所定のスイッチオフ戦略(12)又は少なくとも一つの所定のスイッチオン戦略(13)が所定のスイッチオフ又はスイッチオン戦略のリストから続くことを特徴とした方法。 - 請求項1乃至15のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション方法(20)において予め規定されたか又は依然決定されるべき上側圧力値(41)又は下側圧力値(42)において異なるコンプレッサグループ(5a、5b)のスイッチングオン又はスイッチングオフが別のスイッチング戦略(10)のグループとしても考慮されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至16のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション方法(20)がハイブリッド自動機械の理論に基づいて実行されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至17のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション方法(20)がコンピュータ実施可能で好ましくは決定論的なモデルに基づいて実行されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至18のいずれか一つにおいて、
該性能基準(22)が最も低い可能なエネルギー消費量によって規定されるか又は少なくともそれから大きく決定されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至19のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション方法(20)が、異なる、必ずしも等間隔でない、そこから導かれた時点及び/又はパラメータ、好ましくは全制御サイクルにおいて、異なるスイッチング戦略(10)において該圧縮エアステーション(1)のモデルの状態変数に対する予測された将来の時間的な変化の少なくとも一つのデータセット(6)を供給することを特徴とした方法。 - 請求項1乃至20のいずれか一つにおいて、
該方法が、該圧縮エアステーション(1)のモデルの必要に応じた自動的な適応を、更新された及び/又は最初だけ近似的に知られた及び/又は不正確に設定されたシステムパラメータに行うことを含むことを特徴とする方法。 - 請求項21において、
該圧縮エアステーション(1)のモデルの適応が、該圧縮エアステーション(1)の動作の物理的に観測された発達と最も密接に合致するシステムパラメータが、過去の時間間隔中、該圧縮エアステーション(1)の動作の続くシミュレーションにおける複数の別の組のシステムパラメータから選択されるように該更新されたシステムパラメータで行うことを特徴とした方法。 - 請求項22において、
該圧縮エアステーションの個々の装置の動作状態に対する順次選択される変化が、各モデルパラメータの変化したシステムパラメータへの適応的な調整を支持するように実行されることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至23のいずれか一つにおいて、
該圧縮エアステーション(1)の現在の可変システムパラメータ(56)、任意に少なくとも一つの加圧流体タンク(8)の動作状態に関する情報、例えばその圧力及び/又はその温度、及び/又は個々のコンプレッサ(2)の動作状態に関する情報、例えばその制御状態及び/又は現在の機能的な状態、及び/又は該圧縮エアステーション(1)における加圧流体(4)の量における変化に関する情報、例えば単位時間当たりの加圧流体体積の減少、を該事前シミュレーション方法(20)に考慮することができることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至24のいずれか一つにおいて、
個々のコンプレッサ(2)に対する加圧流体(4)の供給体積及び/又は異なった負荷状態における個々のコンプレッサ(2)の消費量に関する情報、及び/又は該コンプレッサ(2)の反応時間及び/又は該圧縮エアステーション(1)に対する特徴的な最小圧力限界値又は最大圧力限界値に関する情報が、該圧縮エアステーション(1)の固定システムパラメータ(55)として該事前シミュレーション方法(20)に組み込まれることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至25のいずれか一つにおいて、
該圧縮エアステーション(1)の負荷状態にあるコンプレッサ(51)及び無負荷状態にあるコンプレッサ(52)の構成に対する変化が、該シミュレートされた時間間隔(23)において該事前シミュレーション(20)に何ら生じないことを特徴とした方法。 - 請求項1乃至26のいずれか一つにおいて、
コンプレッサパワーの観点から最も小さいコンプレッサ(2)が、負荷状態にあるコンプレッサ(51)の数の中から圧力等化用コンプレッサ(54)として選択され、これが該事前シミュレーション(20)により、もしこのコンプレッサ(2)が負荷状態にあるコンプレッサ(51)から無負荷状態にあるコンプレッサ(52)に変換されるのであればアイドル状態に最も長く残っている寿命を呈することを特徴とした方法。 - 請求項13乃至27のいずれか一つにおいて、
低い側の圧力値(42)を決定するため、同じパラメータ化但し低い側の圧力値(42)に対して可変数値を有する少なくとも二つの事前シミュレーション(20)が実行され、そして該低い側の圧力値(42)がアンダーカットされたシミュレートされた時間が決定されることを特徴とした方法。 - 請求項8乃至28のいずれか一つにおいて、
該上側圧力値(41)を決定するために、同じパラメータ化であるが該上側圧力値(41)に対して可変数値を有する少なくとも二つの事前シミュレーション(20)が実行され、圧力等化用コンプレッサ(54)がさらに該圧縮エアステーション(1)における加圧流体(4)の圧力が低側圧力値(42)に及ばない時負荷状態のコンプレッサ(51)に変換され、さらに該圧縮エアステーション(1)における加圧流体(4)の圧力が該上側圧力値(41)を超える時無負荷状態コンプレッサ(52)に変換されることを特徴とした方法。 - 請求項29において、
該事前シミュレーション(20)において有利と決定される上側圧力値(41)が該事前シミュレーション(20)において設定され全てのコンプレッサ(2)のシミュレートされたエネルギー消費量の観点からエネルギー消費量に関して有利なものとして選択される全ての上側圧力値(41)から得られることを特徴とした方法。 - 請求項29又は30において、
有利な上側圧力値(41)を決定するために該事前シミュレーション(20)において設定された上側圧力値(41)は@0.5バール、任意に@0.1バールの増分で設定され、試験された上側圧力値(41)は等間隔にする必要がないことを特徴とした方法。 - 請求項1乃至31のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション(20)は、該圧縮エアステーション(1)から加圧流体(4)を撤退させるユーザーの観点から時間的に統計的なモデルを使用することを特徴とした方法。 - 請求項1乃至32のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション(20)は、該圧縮エアステーション(1)から加圧流体(4)を撤退する観点でユーザーの消費量に対しての人為的にインテリジェント及び/又は適応的な数値ルーティンを時間に渡って用いることを特徴とした方法。 - 請求項1乃至33のいずれか一つにおいて、
該方法の技術的なプログラミングはオブジェクト指向プログラミング方法を用いて規定され、この場合少なくとも該コンプレッサ(2)はオブジェクトとみなされることを特徴とした方法。 - 任意に異なる技術的仕様を有する少なくとも複数の相互接続されたコンプレッサ(2)、及び任意の圧縮エアシステム装置、任意に前請求項のいずれかに従ったものを備えた圧縮エアステーション(1)の制御及び/又は調整方法であって、圧縮エアステーション(1)の電子的制御において実行される該方法が入力情報としての圧縮エアステーション(1)の重要な状態変数についての情報を処理し制御コマンドを出力して、少なくともいくつかのコンプレッサ(2)及びさらに圧縮エアステーション(1)の任意の構成素子を制御するものであって下記の機能構造を示すことを特徴とした方法:
−該圧縮エアステーション(1)の少なくともいくつかの構成素子の動的且つ好ましくは非線形モデルを含みこれらの構成素子の応答を特定するシミュレーションカーネル(70)であって、受け入れられた別のスイッチング戦略(10)に基づくシミュレーション結果として時間に渡るモデルに含まれる該圧縮エアステーション(1)の構成素子の全ての状態変数の変化を事前計算するように構成され、該シミュレーションカーネル(70)のモデルが構成素子応答、任意に該コンプレッサ(2)の重要な非線形性及び/又は不連続性及び/又は応答時間を考慮するもの;
−該圧縮エアステーション(1)の構成素子を特徴付けるためのパラメータ、個々の構成素子の回路に関するトポロジー情報、別のスイッチング戦略(10)を構成するための経験則及び該別のスイッチング戦略(10)のために該シミュレーションカーネル(70)によって決定される該圧縮エアステーション(1)の構成素子の状態変数における時間的な変化に対する評価基準を含み、比較的に最も有利なスイッチング戦略(10)をこれに基づいて選択し少なくともいくつかのコンプレッサ(2)に対する関連した制御コマンドを予め保持し又は中継するアルゴリズムカーネル(71);及び
−適応可能な該アルゴリズムカーネル(71)及びセンサ値から与えられた処理イメージに加えて、スイッチング戦略(10)に対するシミュレーション結果をも含む情報ベース(72)であって、該アルゴリズムカーネル(71)及び該シミュレーションカーネル(70)の共通のデータベースの少なくとも一部を表し、該アルゴリズムカーネル(71)と該シミュレーションカーネル(70)との間でデータのやり取りを行うもの。 - 請求項1乃至35のいずれか一つにおいて、
別のスイッチング戦略を構成するための該経験則は、該シミュレーションにおける該シミュレートされた圧縮エアステーションの制御及び調整を前提とするシミュレーションモデルに含まれる圧縮エアステーションのシステム制御器のモデルにおいて実現されており、別のスイッチング戦略はシステム制御器のモデルに対して別の制御及び調整用パラメータを入力することにより生成され、これから実際の圧縮エアステーションにおいて開始するための比較的最も有利なスイッチング戦略が選択されることを特徴とした方法。 - 任意に異なる技術的仕様を有する複数の相互接続されたコンプレッサ(2)、及び任意の圧縮エアシステム装置を備えた圧縮エアステーション(1)であって、該圧縮エアステーション(1)の制御素子(7)及び/又は異なるコンプレッサの制御サイクル及びスイッチング戦略(10)を任意に実行でき該圧縮エアステーション(1)の一人以上のユーザーが常に利用できる該圧縮エアステーション(1)における加圧流体(4)の量に影響を及ぼすと共に、該圧縮エアステーション(1)の一人以上のユーザーが常に利用できる加圧流体(4)の量を、該圧縮エアステーション(1)から撤退した加圧流体(4)の量に基づいて該圧縮エアステーション(1)の未来の動作条件に適応的に調節する圧縮エアステーション(1)のシステム制御器(3)であって、
スイッチング戦略(10)を開始する前に、該圧縮エアステーション(1)のモデル(21)に基づいて事前シミュレーション方法(20)において異なるスイッチング戦略(10)が分析され、該比較的最も有利なスイッチング戦略(10)が少なくとも一つの一定の性能基準(22)に基づいて該分析されたスイッチング戦略(10)の中から選択され、そして該システム制御器(3)が、選択されたスイッチング戦略(10)に基づいてスイッチングコマンドを発生することを特徴としたシステム。 - 請求項37における圧縮エアステーションのシステム制御器(3)において、
該コンプレッサ(2)及び任意に他の圧縮エアシステム装置と通信リンク状態にあるバスシステム(61)を介して該システム制御器(3)と通信する該事前シミュレーション(20)を実現するために別のハードウェア(60)が用いられることを特徴としたシステム。
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