JP2018071963A - Hvac system with multivariable optimization using plural single-variable extremum-seeking controllers - Google Patents

Hvac system with multivariable optimization using plural single-variable extremum-seeking controllers Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an HVAC system with multivariable optimization using a plurality of single-variable extremum-seeking controllers.SOLUTION: An HVAC system 20 for a building includes a plant and a plurality of single-variable extremum-seeking controllers (ESCs). Each of the single-variable ESCs is configured to perturb a different manipulated variable with a different excitation signal and provide the manipulated variables as perturbed inputs to the plant. The plant uses multiple perturbed inputs to concurrently affect a performance variable. The single-variable ESCs are configured to estimate a gradient of the performance variable with respect to each of the manipulated variables and independently drive the gradients toward zero by independently modulating the manipulated variables.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

関連出願の相互参照
この出願は、2016年2月18日に出願された米国仮特許出願第62/296,713号明細書の利益および優先権を主張する2016年3月24日に出願された米国特許出願第15/080,435号明細書の一部継続出願である2016年10月3日に出願された米国特許出願第15/284,468号明細書の利益および優先権を主張する。これらの特許出願の各々の全開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application was filed on March 24, 2016, which claims the benefit and priority of US Provisional Patent Application No. 62 / 296,713, filed February 18, 2016. Claims the benefit and priority of US patent application Ser. No. 15 / 284,468, filed Oct. 3, 2016, which is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 15 / 080,435. The entire disclosure of each of these patent applications is incorporated herein by reference.

本開示は、概して、極値探索制御(ESC)システムに関する。ESCは、ある特定の性能指数を最適化するためのシステムの未知のおよび/または時変入力を動的に探索することができる自己最適化制御戦略のクラスである。ESCは、ディザ信号の使用を通じた勾配探索の力学的実現と見なすことができる。システム入力uに対するシステム出力yの勾配は、システム動作にわずかに摂動を与え、復調手段を適用することによって得ることができる。システム性能の最適化は、閉ループシステムにおいて負のフィードバックループを使用することによって勾配をゼロに至らせることにより、得ることができる。ESCは、非モデルベースの制御戦略であり、それは、ESCにとって、システムを最適化するための制御システムのモデルは必要ではないことを意味する。   The present disclosure relates generally to extreme value search control (ESC) systems. ESC is a class of self-optimizing control strategies that can dynamically search for unknown and / or time-varying inputs of a system to optimize a particular figure of merit. ESC can be viewed as a mechanical realization of gradient search through the use of dither signals. The slope of the system output y with respect to the system input u can be obtained by slightly perturbing the system operation and applying demodulation means. Optimization of system performance can be obtained by bringing the slope to zero by using a negative feedback loop in a closed loop system. ESC is a non-model based control strategy, which means that ESC does not need a model of the control system to optimize the system.

米国特許第8,473,080号明細書US Pat. No. 8,473,080 米国特許第7,827,813号明細書US Pat. No. 7,827,813 米国特許第8,027,742号明細書US Pat. No. 8,027,742 米国特許第8,200,345号明細書US Pat. No. 8,200,345 米国特許第8,200,344号明細書US Pat. No. 8,200,344 米国特許出願第14/495,773号明細書US patent application Ser. No. 14 / 495,773 米国特許出願第14/538,700号明細書US patent application Ser. No. 14 / 538,700 米国特許出願第14/975,527号明細書US Patent Application No. 14 / 975,527 米国特許出願第14/961,747号明細書US patent application Ser. No. 14 / 961,747 米国特許出願第15/232,800号明細書US patent application Ser. No. 15 / 232,800

各ESCのフィードバックループの利得の調整はすべてのチャネルの知識に依存し得るため、分離不可能な変数を伴う多変数最適化は、ESCを使用して解決するには難しい問題であり得る。この問題に対する以前の解決法は、理想的には性能マップのヘシアンについての情報を有する集中型多変数極値探索コントローラを使用する。しかし、集中型多変数コントローラは、実装、構成およびトラブルシューティングが難しく、それにより、これらの解決法を実践で取り入れるのが難しくなる。   Multi-variable optimization with inseparable variables can be a difficult problem to solve using ESC, because the adjustment of the gain of each ESC feedback loop can depend on knowledge of all channels. Previous solutions to this problem ideally use a centralized multivariable extremum search controller with information about the performance map Hessian. However, a centralized multivariable controller is difficult to implement, configure and troubleshoot, which makes it difficult to implement these solutions in practice.

本開示の一実装形態は、建物の暖房・換気または空調(HVAC)システムである。HVACシステムは、建物の環境条件に影響を与えるように動作可能なHVAC設備を有するプラントと、第1の単一変数極値探索コントローラ(ESC)と、第2の単一変数ESCとを含む。第1の単一変数ESCは、第1の励起信号を用いて第1の操作変数に摂動を与え、プラントに第1の摂動入力として第1の操作変数を提供するように構成される。第2の単一変数ESCは、第2の励起信号を用いて第2の操作変数に摂動を与え、プラントに第2の摂動入力として第2の操作変数を提供するように構成される。プラントは、両方の摂動入力を使用して、性能変数に同時に影響を与える。単一変数ESCは両方とも、プラントからフィードバックとして同じ性能変数を受信するように構成される。第1の単一変数ESCは、第1の操作変数に対する性能変数の第1の勾配を推定するように構成される。第2の単一変数ESCは、第2の操作変数に対する性能変数の第2の勾配を推定するように構成される。単一変数ESCは、第1および第2の操作変数を独立して調節することによって第1および第2の勾配を独立してゼロに至らせるように構成される。   One implementation of the present disclosure is a building heating, ventilation or air conditioning (HVAC) system. The HVAC system includes a plant having an HVAC facility operable to affect a building's environmental conditions, a first single variable extreme value search controller (ESC), and a second single variable ESC. The first single variable ESC is configured to perturb the first manipulated variable using the first excitation signal and to provide the first manipulated variable as a first perturbation input to the plant. The second single variable ESC is configured to perturb the second manipulated variable using the second excitation signal and to provide the second manipulated variable as a second perturbation input to the plant. The plant uses both perturbation inputs to affect performance variables simultaneously. Both single variable ESCs are configured to receive the same performance variable as feedback from the plant. The first single variable ESC is configured to estimate a first slope of the performance variable relative to the first manipulated variable. The second single variable ESC is configured to estimate a second slope of the performance variable relative to the second manipulated variable. The single variable ESC is configured to independently bring the first and second slopes to zero by independently adjusting the first and second manipulated variables.

本開示の別の実装形態は、建物の別のHVACシステムである。HVACシステムは、建物の環境条件に影響を与えるように動作可能なHVAC設備を有するプラントと、第1の動作モードで動作しながら、プラントに入力として操作変数の第1の集合を提供するように構成された単一変数極値探索コントローラ(ESC)の第1のセットと、第2の動作モードで動作しながら、プラントに入力として操作変数の第2の集合を提供するように構成された単一変数ESCの第2のセットとを含む。多変数ESCは、第1の動作モードから第2の動作モードへの遷移を検出することに応答して、単一変数ESCの第1のセットから単一変数ESCの第2のセットに切り替えるように構成される。   Another implementation of the present disclosure is another HVAC system in a building. The HVAC system provides a plant with HVAC equipment operable to affect the environmental conditions of the building and a first set of manipulated variables as input to the plant while operating in a first mode of operation. A single set of configured single variable extremum search controllers (ESCs) and a single unit configured to provide a second set of manipulated variables as input to the plant while operating in a second mode of operation. And a second set of univariate ESCs. The multivariable ESC switches from the first set of single variable ESCs to the second set of single variable ESCs in response to detecting a transition from the first mode of operation to the second mode of operation. Configured.

本開示の別の実装形態は、建物の暖房・換気または空調(HVAC)システムを操作するための方法である。方法は、第1の励起信号を用いて第1の操作変数に摂動を与えるステップと、第2の励起信号を用いて第2の操作変数に摂動を与えるステップと、プラントに摂動入力として第1の操作変数および第2の操作変数を提供するステップとを含む。プラントは、HVAC設備を含み、両方の摂動入力を使用して、性能変数に同時に影響を与える。方法は、プラントからフィードバックとして性能変数を受信するステップと、第1の操作変数に対する性能変数の第1の勾配および第2の操作変数に対する性能変数の第2の勾配を推定するステップと、第1および第2の操作変数を独立して調節することによって第1および第2の勾配を独立してゼロに至らせるステップとをさらに含む。方法は、第1および第2の操作変数を使用して、建物の環境条件に影響を与えるようにプラントのHVAC設備を操作するステップを含む。   Another implementation of the present disclosure is a method for operating a building heating and ventilation or air conditioning (HVAC) system. The method includes perturbing a first manipulated variable using a first excitation signal, perturbing a second manipulated variable using a second excitation signal, and a first perturbation input to the plant. Providing a second operational variable and a second operational variable. The plant includes HVAC equipment and uses both perturbation inputs to simultaneously affect performance variables. The method receives the performance variable as feedback from the plant, estimates a first slope of the performance variable for the first manipulated variable, and estimates a second slope of the performance variable for the second manipulated variable; And independently adjusting the second manipulated variable to independently bring the first and second slopes to zero. The method includes operating the plant HVAC facility to influence the environmental conditions of the building using the first and second operating variables.

当業者は、概要が単なる例示であり、いかなる方法でも制限することを意図しないことを理解するであろう。請求項によってのみ定義されるような、本明細書で説明されるデバイスおよび/またはプロセスの他の態様、発明の特徴および利点は、添付の図面と併せて、本明細書に記載される詳細な説明において明らかになるであろう。   Those skilled in the art will appreciate that the summary is merely exemplary and is not intended to be limiting in any way. Other aspects of the devices and / or processes described herein, features and advantages of the invention, as defined solely by the claims, are described in detail in conjunction with the accompanying drawings. It will become clear in the explanation.

いくつかの実施形態による、極値探索制御システムを実装することができる建物の図面である。1 is a drawing of a building in which an extreme value search control system can be implemented, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、極値探索制御システムを実装することができる建物のHVACシステムのブロック図である。1 is a block diagram of a building HVAC system that can implement an extreme value search control system, according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、プラントに提供される制御入力に摂動を与えるために周期的ディザ信号を使用した極値探索制御システムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of an extreme value search control system that uses a periodic dither signal to perturb the control input provided to the plant, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、プラントに提供される制御入力に摂動を与えるために周期的ディザ信号を使用した別の極値探索制御システムのブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of another extreme search control system that uses a periodic dither signal to perturb the control input provided to the plant, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、プラントに提供される制御入力に摂動を与えるために確率論的ディザ信号を使用し、プラントの出力を制御入力と関連付ける勾配または係数を推定するために再帰的推定技法を使用した極値探索制御システムのブロック図である。In some embodiments, a recursive estimation technique is used to estimate a slope or coefficient that uses a stochastic dither signal to perturb the control input provided to the plant and associates the plant output with the control input. It is a block diagram of the used extreme value search control system. 図6Aは、いくつかの実施形態による、周期的ディザ信号を用いて制御入力に摂動を与えることによって生じた周期的振動を示す、プラントに提供される制御入力のグラフである。図6Bは、いくつかの実施形態による、図6Aに示される摂動制御入力から生じた、プラントから受信された性能変数のグラフである。FIG. 6A is a graph of a control input provided to a plant showing periodic oscillations caused by perturbing the control input with a periodic dither signal, according to some embodiments. FIG. 6B is a graph of performance variables received from a plant resulting from the perturbation control input shown in FIG. 6A, according to some embodiments. 図7Aは、いくつかの実施形態による、制御入力に摂動を与えるために確率論的励起信号が使用された際にプラントに提供される制御入力のグラフである。図7Bは、いくつかの実施形態による、図7Aに示される摂動制御入力から生じた、プラントから受信された性能変数のグラフである。FIG. 7A is a graph of a control input provided to a plant when a stochastic excitation signal is used to perturb the control input, according to some embodiments. FIG. 7B is a graph of performance variables received from a plant resulting from the perturbation control input shown in FIG. 7A, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、プラントへの制御入力に摂動を与えるために確率論的励起信号が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram illustrating an extreme value search control technique in which a stochastic excitation signal is used to perturb a control input to a plant, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、プラントから受信された性能変数をプラントに提供された制御入力と関連付けるために正規化相関係数が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 4 is a flow diagram illustrating an extreme value search control technique in which normalized correlation coefficients are used to associate performance variables received from a plant with control inputs provided to the plant, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、本開示のシステムおよび方法を実装することができる冷却水プラントのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a cooling water plant that may implement the systems and methods of the present disclosure, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、図10Aの冷却水プラントの凝縮器水温度セットポイントに摂動を与えるために確率論的励起信号が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 10B is a flow diagram illustrating an extreme search control technique in which a stochastic excitation signal is used to perturb the condenser water temperature setpoint of the cooling water plant of FIG. 10A, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、総システム電力消費量を図10Aの冷却水プラントの凝縮器水温度セットポイントと関連付けるために正規化相関係数が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 10B is a flow diagram illustrating an extreme search control technique in which a normalized correlation coefficient is used to correlate total system power consumption with the condenser water temperature setpoint of the cooling water plant of FIG. 10A, according to some embodiments. . いくつかの実施形態による、本開示のシステムおよび方法を実装することができる別の冷却水プラントのブロック図である。2 is a block diagram of another cooling water plant that may implement the systems and methods of the present disclosure according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、図11Aの冷却水プラントの凝縮器送水ポンプ速度および冷却塔ファン速度に摂動を与えるために確率論的励起信号が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 11B is a flow diagram illustrating an extreme search control technique in which stochastic excitation signals are used to perturb the condenser water pump speed and cooling tower fan speed of the cooling water plant of FIG. 11A, according to some embodiments. . いくつかの実施形態による、総システム電力消費量を図11Aの冷却水プラントの凝縮器送水ポンプ速度および冷却塔ファン速度と関連付けるために正規化相関係数が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 10 illustrates an extreme search control technique in which normalized correlation coefficients are used to correlate total system power consumption with the condenser water pump speed and cooling tower fan speed of the cooling water plant of FIG. 11A, according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、本開示のシステムおよび方法を実装することができる可変冷媒流量システムのブロック図である。1 is a block diagram of a variable refrigerant flow system that can implement the systems and methods of the present disclosure in accordance with some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、図12Aの可変冷媒流量システムの冷媒圧力セットポイントに摂動を与えるために確率論的励起信号が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。12B is a flow diagram illustrating an extreme value search control technique in which a stochastic excitation signal is used to perturb the refrigerant pressure setpoint of the variable refrigerant flow system of FIG. 12A, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、総システム電力消費量を図12Aの可変冷媒流量システムの冷媒圧力セットポイントと関連付けるために正規化相関係数が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。12B is a flow diagram illustrating an extreme value search control technique in which a normalized correlation coefficient is used to correlate total system power consumption with the refrigerant pressure setpoint of the variable refrigerant flow system of FIG. 12A, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、本開示のシステムおよび方法を実装することができる別の可変冷媒流量システムのブロック図である。2 is a block diagram of another variable refrigerant flow system that can implement the systems and methods of the present disclosure, according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、図13Aの可変冷媒流量システムの冷媒圧力セットポイントおよび冷媒過熱セットポイントに摂動を与えるために確率論的励起信号が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 13B is a flow diagram illustrating an extreme value search control technique in which stochastic excitation signals are used to perturb the refrigerant pressure setpoint and refrigerant superheat setpoint of the variable refrigerant flow system of FIG. 13A, according to some embodiments. . いくつかの実施形態による、総システム電力消費量を図13Aの可変冷媒流量システムの冷媒圧力セットポイントおよび冷媒過熱セットポイントと関連付けるために正規化相関係数が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 14 illustrates an extreme value search control technique in which normalized correlation coefficients are used to correlate total system power consumption with the refrigerant pressure setpoint and refrigerant superheat setpoint of the variable refrigerant flow system of FIG. 13A, according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、本開示のシステムおよび方法を実装することができる蒸気圧縮システムのブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of a vapor compression system that can implement the systems and methods of the present disclosure, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、図14Aの蒸気圧縮システムの給気温度セットポイントに摂動を与えるために確率論的励起信号が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 14B is a flow diagram illustrating an extreme value search control technique in which a stochastic excitation signal is used to perturb the charge temperature setpoint of the vapor compression system of FIG. 14A, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、総システム電力消費量を図14Aの蒸気圧縮システムの給気温度セットポイントと関連付けるために正規化相関係数が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 14B is a flow diagram illustrating an extreme value search control technique in which a normalized correlation coefficient is used to correlate total system power consumption with the charge air temperature setpoint of the vapor compression system of FIG. 14A, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、本開示のシステムおよび方法を実装することができる別の蒸気圧縮システムのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of another vapor compression system that can implement the systems and methods of the present disclosure, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、図15Aの蒸気圧縮システムの蒸発器ファン速度に摂動を与えるために確率論的励起信号が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 15B is a flow diagram illustrating an extreme search control technique in which a stochastic excitation signal is used to perturb the evaporator fan speed of the vapor compression system of FIG. 15A, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、総システム電力消費量を図15Aの蒸気圧縮システムの蒸発器ファン速度と関連付けるために正規化相関係数が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 15B is a flow diagram illustrating an extreme search control technique in which a normalized correlation coefficient is used to correlate total system power consumption with the evaporator fan speed of the vapor compression system of FIG. 15A, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、本開示のシステムおよび方法を実装することができる別の蒸気圧縮システムのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of another vapor compression system that can implement the systems and methods of the present disclosure, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、図16Aの蒸気圧縮システムの給気温度セットポイントおよび凝縮器ファン速度に摂動を与えるために確率論的励起信号が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 16B is a flow diagram illustrating an extreme search control technique in which a stochastic excitation signal is used to perturb the charge temperature setpoint and condenser fan speed of the vapor compression system of FIG. 16A, according to some embodiments. . いくつかの実施形態による、総システム電力消費量を図16Aの蒸気圧縮システムの給気温度セットポイントおよび凝縮器ファン速度と関連付けるために正規化相関係数が使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。16 illustrates an extreme search control technique in which a normalized correlation coefficient is used to correlate total system power consumption with the charge temperature setpoint and condenser fan speed of the vapor compression system of FIG. 16A, according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、多重入力単一出力(MISO)システムに複数の操作変数を提供するために多変数極値探索コントローラを使用した別の極値探索制御システムのブロック図である。2 is a block diagram of another extreme value search control system that uses a multivariable extreme value search controller to provide multiple manipulated variables to a multiple input single output (MISO) system, according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、MISOシステムに複数の操作変数を提供するために複数の単一変数極値探索コントローラを使用した別の極値探索制御システムのブロック図である。2 is a block diagram of another extreme value search control system that uses multiple single variable extreme value search controllers to provide multiple manipulated variables to a MISO system, according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、MISOシステムに複数の操作変数を提供するために複数の単一変数極値探索コントローラを有する多変数コントローラを使用した別の極値探索制御システムのブロック図である。2 is a block diagram of another extreme value search control system using a multivariable controller having multiple single variable extreme value search controllers to provide multiple manipulated variables to the MISO system, according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、MISOシステムに2つの操作変数を提供するために2つの単一変数極値探索コントローラを使用した極値探索制御システムの例のブロック図である。2 is a block diagram of an example extreme value search control system that uses two single variable extreme value search controllers to provide two manipulated variables to a MISO system, according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、図20の極値探索制御システムによって制御された際に最適値に収束する性能変数を示すグラフである。FIG. 21 is a graph illustrating performance variables that converge to an optimal value when controlled by the extreme value search control system of FIG. 20 according to some embodiments. いくつかの実施形態による、図20の極値探索制御システムによって制御された際に最適値に収束する第1の操作変数を示すグラフである。FIG. 21 is a graph illustrating a first manipulated variable that converges to an optimal value when controlled by the extreme value search control system of FIG. 20 according to some embodiments. いくつかの実施形態による、図20の極値探索制御システムによって制御された際に最適値に収束する第2の操作変数を示すグラフである。FIG. 21 is a graph illustrating a second manipulated variable that converges to an optimal value when controlled by the extreme value search control system of FIG. 20 according to some embodiments. いくつかの実施形態による、MISOシステムに複数の操作変数を提供するために複数の単一変数極値探索コントローラが使用された極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram illustrating an extreme value search control technique in which multiple single variable extreme value search controllers are used to provide multiple manipulated variables to a MISO system, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、動作モード間での遷移があり次第、多変数コントローラが単一変数極値探索コントローラの異なるセット間で切り替える極値探索制御技法を示すフロー図である。FIG. 3 is a flow diagram illustrating an extreme value search control technique in which a multivariable controller switches between different sets of single variable extreme value search controllers as soon as there is a transition between operating modes, according to some embodiments. いくつかの実施形態による、本開示のシステムおよび方法を実装することができる別の冷却水プラントのブロック図である。2 is a block diagram of another cooling water plant that may implement the systems and methods of the present disclosure according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、本開示のシステムおよび方法を実装することができる別の可変冷媒流量システムのブロック図である。2 is a block diagram of another variable refrigerant flow system that can implement the systems and methods of the present disclosure, according to some embodiments. FIG. いくつかの実施形態による、本開示のシステムおよび方法を実装することができる別の蒸気圧縮システムのブロック図である。FIG. 6 is a block diagram of another vapor compression system that can implement the systems and methods of the present disclosure, according to some embodiments.

概要
一般に図を参照すると、いくつかの実施形態による様々な極値探索制御(ESC)システムおよび方法が示されている。一般に、ESCは、ある特定の性能指数を最適化するためのシステムの未知のおよび/または時変入力を動的に探索することができる自己最適化制御戦略のクラスである。ESCは、ディザ信号の使用を通じた勾配探索の力学的実現と見なすことができる。システム入力uに対するシステム出力yの勾配は、システム動作にわずかに摂動を与え、復調手段を適用することによって得ることができる。
Overview Referring generally to the drawings, various extreme value search control (ESC) systems and methods according to some embodiments are illustrated. In general, ESC is a class of self-optimizing control strategies that can dynamically search for unknown and / or time-varying inputs of a system to optimize a particular figure of merit. ESC can be viewed as a mechanical realization of gradient search through the use of dither signals. The slope of the system output y with respect to the system input u can be obtained by slightly perturbing the system operation and applying demodulation means.

システム性能の最適化は、閉ループシステムのフィードバックループを使用することによって勾配をゼロに至らせることにより、得ることができる。ESCは、非モデルベースの制御戦略であり、それは、ESCにとって、システムを最適化するための制御システムのモデルは必要ではないことを意味する。ESCの様々な実装形態については、(特許文献1)、(特許文献2)、(特許文献3)、(特許文献4)、(特許文献5)、(特許文献6)、(特許文献7)、(特許文献8)および(特許文献9)で詳細に説明されている。これらの特許および特許出願の各々は、参照により本明細書に組み込まれる。   Optimization of system performance can be obtained by bringing the slope to zero by using a feedback loop of a closed loop system. ESC is a non-model based control strategy, which means that ESC does not need a model of the control system to optimize the system. Regarding various mounting forms of ESC, (Patent Document 1), (Patent Document 2), (Patent Document 3), (Patent Document 4), (Patent Document 5), (Patent Document 6), (Patent Document 7) , (Patent Document 8) and (Patent Document 9). Each of these patents and patent applications is incorporated herein by reference.

いくつかの実施形態では、極値探索コントローラは、プラントに提供される制御入力uに摂動を与えるために確率論的励起信号qを使用する。コントローラは、確率論的信号を生成するように構成された確率論的信号ジェネレータを含み得る。確率論的信号は、ランダム信号(例えば、ランダムウォーク信号、白色雑音信号など)、非周期的信号、予測不可能な信号、外乱信号、または、他の任意のタイプの非決定論的もしくは非反復信号であり得る。いくつかの実施形態では、確率論的信号は、非ゼロ平均を有する。確率論的信号は、励起信号qを生成するために積分することができる。   In some embodiments, the extreme value search controller uses the stochastic excitation signal q to perturb the control input u provided to the plant. The controller may include a stochastic signal generator configured to generate a stochastic signal. A stochastic signal can be a random signal (eg, random walk signal, white noise signal, etc.), aperiodic signal, unpredictable signal, disturbance signal, or any other type of non-deterministic or non-repetitive signal. It can be. In some embodiments, the stochastic signal has a non-zero average. The stochastic signal can be integrated to generate the excitation signal q.

確率論的励起信号qは、制御入力uに対するプラント出力(すなわち、性能変数y)の勾配を推定するのに十分な制御入力uの変動を提供することができる。確率論的励起信号qは、従来の周期的ディザ信号vよりもいくつかの利点を有する。例えば、確率論的励起信号qは、従来の周期的ディザ信号vほど認知できない。従って、制御入力uに対する確率論的励起信号qの効果は、従来の周期的ディザ信号vによって生じる周期的振動ほど顕著ではない。確率論的励起信号qの別の利点は、ディザ周波数ωがもはや必須パラメータではないため、コントローラの調整がより簡単であることである。それに従って、コントローラは、確率論的励起信号qを生成する際にプラントの固有周波数を知る必要も、推定する必要もない。 The stochastic excitation signal q can provide a variation of the control input u sufficient to estimate the slope of the plant output (ie, the performance variable y) relative to the control input u. The stochastic excitation signal q has several advantages over the conventional periodic dither signal v. For example, the stochastic excitation signal q is not as perceptible as the conventional periodic dither signal v. Therefore, the effect of the stochastic excitation signal q on the control input u is not as pronounced as the periodic oscillation caused by the conventional periodic dither signal v. Another advantage of the stochastic excitation signal q is that the controller is easier to tune because the dither frequency ω v is no longer a required parameter. Accordingly, the controller does not need to know or estimate the natural frequency of the plant in generating the stochastic excitation signal q.

いくつかの実施形態では、極値探索コントローラは、制御入力uに対する性能変数yの勾配を推定するために、再帰的推定技法を使用する。例えば、コントローラは、勾配

Figure 2018071963
の推定を生成するために、再帰的最小二乗(RLS)推定技法を使用することができる。いくつかの実施形態では、コントローラは、RLS推定技法の一部として指数忘却を使用する。例えば、コントローラは、再帰的推定技法で使用される性能変数y、制御入力uおよび/または他の変数の指数加重移動平均(EWMA)を計算するように構成することができる。指数忘却は、データ格納に必要な量を低減し(バッチ処理と比べて)、コントローラが最近のデータに対してより感度が高い状態ひいては最適点のシフトに対してより感応度が高い状態のままでいられるようにする。 In some embodiments, the extreme value search controller uses a recursive estimation technique to estimate the slope of the performance variable y with respect to the control input u. For example, the controller has a gradient
Figure 2018071963
A recursive least square (RLS) estimation technique can be used to generate an estimate of. In some embodiments, the controller uses exponential forgetting as part of the RLS estimation technique. For example, the controller can be configured to calculate an exponential weighted moving average (EWMA) of the performance variable y, control input u, and / or other variables used in the recursive estimation technique. Exponential forgetting reduces the amount required to store data (compared to batch processing), and keeps the controller more sensitive to recent data and thus more sensitive to optimal point shifts. To be able to go.

いくつかの実施形態では、極値探索コントローラは、性能変数yを制御入力uと関連付ける正規化相関係数ρを推定する。相関係数ρは、性能勾配

Figure 2018071963
と関連付ける(例えば、
Figure 2018071963
に比例する)ことができるが、性能変数yの範囲に基づいてスケーリングすることができる。例えば、相関係数ρは、範囲−1≦ρ≦1にスケーリングされた性能勾配
Figure 2018071963
の正規化尺度であり得る。正規化相関係数ρは、性能変数yと制御入力uとの間の共分散、性能変数yの分散および制御入力uの分散に基づいて推定することができる。いくつかの実施形態では、正規化相関係数ρは、再帰的推定プロセスを使用して推定することができる。 In some embodiments, the extreme value search controller estimates a normalized correlation coefficient ρ that associates the performance variable y with the control input u. The correlation coefficient ρ is the performance gradient
Figure 2018071963
Associated with (for example,
Figure 2018071963
Can be scaled based on the range of the performance variable y. For example, the correlation coefficient ρ is a performance gradient scaled to the range −1 ≦ ρ ≦ 1.
Figure 2018071963
Can be a normalization measure. The normalized correlation coefficient ρ can be estimated based on the covariance between the performance variable y and the control input u, the variance of the performance variable y, and the variance of the control input u. In some embodiments, the normalized correlation coefficient ρ can be estimated using a recursive estimation process.

相関係数ρは、性能勾配

Figure 2018071963
の代わりに、フィードバックコントローラによって使用することができる。例えば、フィードバックコントローラは、相関係数ρをゼロに至らせるために、制御入力uのDC値wを調整することができる。性能勾配
Figure 2018071963
の代わりに相関係数ρを使用する利点の1つは、フィードバックコントローラによって使用される調整パラメータが、性能変数yのスケールに基づいてカスタマイズまたは調整する必要のない調整パラメータの一般集合であり得ることである。この利点により、フィードバックコントローラに対する制御ループ特有の調整を実行する必要性が排除され、フィードバックコントローラは、多くの異なる制御ループおよび/またはプラントにわたって適用可能な調整パラメータの一般集合を使用できるようになる。 The correlation coefficient ρ is the performance gradient
Figure 2018071963
Can be used by a feedback controller instead. For example, the feedback controller can adjust the DC value w of the control input u to bring the correlation coefficient ρ to zero. Performance gradient
Figure 2018071963
One advantage of using the correlation coefficient ρ instead of is that the tuning parameters used by the feedback controller can be a general set of tuning parameters that do not need to be customized or adjusted based on the scale of the performance variable y. It is. This advantage eliminates the need to perform control loop specific adjustments to the feedback controller, allowing the feedback controller to use a general set of adjustment parameters applicable across many different control loops and / or plants.

極値探索コントローラの追加の特徴および利点については、以下でさらに詳細に説明する。   Additional features and advantages of the extreme value search controller are described in further detail below.

建物およびHVACシステム
ここで図1、2を参照すると、いくつかの実施形態による、極値探索制御システムを実装することができる建物10およびHVACシステム20が示されている。本開示のESCシステムおよび方法は主に建物のHVACシステムの文脈において説明されているが、ESCは一般に対象の変数を最適化または規制するいかなるタイプの制御システムにも適用できることを理解すべきである。例えば、本開示のESCシステムおよび方法は、様々なタイプのエネルギー生産システムまたはデバイス(例えば、パワープラント、蒸気または風力タービン、太陽電池パネル、燃焼システムなど)によって生産されるエネルギーの量を最適化するため、ならびに/あるいは、様々なタイプのエネルギー消費システムまたはデバイス(例えば、電子回路、機械設備、航空宇宙および陸上車両、建築設備、HVACデバイス、冷凍システムなど)によって消費されるエネルギーの量を最適化するために使用することができる。
Building and HVAC System Referring now to FIGS. 1 and 2, a building 10 and an HVAC system 20 are shown that may implement an extreme value search control system, according to some embodiments. Although the ESC system and method of the present disclosure is described primarily in the context of a building HVAC system, it should be understood that ESC is generally applicable to any type of control system that optimizes or regulates variables of interest. . For example, the ESC systems and methods of the present disclosure optimize the amount of energy produced by various types of energy production systems or devices (eg, power plants, steam or wind turbines, solar panels, combustion systems, etc.) And / or optimizing the amount of energy consumed by various types of energy consuming systems or devices (eg, electronic circuits, mechanical equipment, aerospace and land vehicles, building equipment, HVAC devices, refrigeration systems, etc.) Can be used to

様々な実装形態では、ESCは、対象の変数に対するセットポイントを達成するように(例えば、測定または計算された入力とセットポイントとの差を最小化することによって)および/または対象の変数を最適化する(例えば、出力変数を最大化または最小化する)ように機能するいかなるタイプのコントローラにおいても使用することができる。様々なタイプのコントローラ(例えば、モータコントローラ、電力コントローラ、流体コントローラ、HVACコントローラ、照明コントローラ、化学物質コントローラ、プロセスコントローラなど)および様々なタイプの制御システム(例えば、閉ループ制御システム、開ループ制御システム、フィードバック制御システム、フィードフォワード制御システムなど)において、ESCを容易に実装できることが企図される。そのような実装形態はすべて、本開示の範囲内であると見なすべきである。   In various implementations, the ESC optimizes the variable of interest to achieve a setpoint for the variable of interest (eg, by minimizing the difference between the measured or calculated input and the setpoint). Can be used in any type of controller that functions to optimize (eg, maximize or minimize an output variable). Various types of controllers (eg, motor controllers, power controllers, fluid controllers, HVAC controllers, lighting controllers, chemical controllers, process controllers, etc.) and various types of control systems (eg, closed loop control systems, open loop control systems, It is contemplated that ESCs can be easily implemented in feedback control systems, feedforward control systems, etc.). All such implementations should be considered within the scope of this disclosure.

特に図1を参照すると、建物10の斜視図が示されている。建物10は、HVACシステム20によって供給される。HVACシステム20は、冷凍機22、ボイラ24、屋上冷却ユニット26および複数の空気処理ユニット(AHU)36を含むように示されている。HVACシステム20は、流体循環システムを使用して、建物10に対する暖房および/または冷房を提供する。循環流体は、冷房が必要かまたは暖房が必要かに応じて、冷凍機22で冷却することも、ボイラ24で加熱することもできる。ボイラ24は、可燃性物質(例えば、天然ガス)を燃やすことによって循環流体に熱を追加することができる。冷凍機22は、循環流体と熱交換器(例えば、蒸発器)内の別の流体(例えば、冷媒)とを熱交換関係に置くことができる。冷媒は、蒸発プロセスの間に循環流体から熱を除去し、それにより、循環流体を冷却する。   With particular reference to FIG. 1, a perspective view of a building 10 is shown. The building 10 is supplied by an HVAC system 20. The HVAC system 20 is shown to include a refrigerator 22, a boiler 24, a rooftop cooling unit 26 and a plurality of air treatment units (AHU) 36. The HVAC system 20 provides heating and / or cooling to the building 10 using a fluid circulation system. The circulating fluid can be cooled by the refrigerator 22 or heated by the boiler 24 depending on whether cooling or heating is required. The boiler 24 can add heat to the circulating fluid by burning a combustible material (eg, natural gas). The refrigerator 22 can place the circulating fluid and another fluid (for example, a refrigerant) in the heat exchanger (for example, an evaporator) in a heat exchange relationship. The refrigerant removes heat from the circulating fluid during the evaporation process, thereby cooling the circulating fluid.

冷凍機22またはボイラ24からの循環流体は、配管32を介してAHU 36に輸送することができる。AHU 36は、循環流体とAHU 36中を流れる気流とを熱交換関係に置くことができる。例えば、気流は、循環流体が流れるファンコイルユニットまたは他の空気調節端末ユニットの配管上を流れることができる。AHU 36は、気流に対する加熱または冷却を提供するために、気流と循環流体との間で熱を伝達することができる。加熱または冷却された空気は、給気ダクト38を含む空気分配システムを介して建物10に送達することができ、還気ダクト40を介してAHU 36に戻ることができる。図1では、HVACシステム20は、建物10の各フロアに別個のAHU 36を含むように示されている。他の実施形態では、単一のAHU(例えば、屋上AHU)が複数のフロアまたはゾーンに空気を供給することができる。AHU 36からの循環流体は、配管34を介して冷凍機22またはボイラ24に戻ることができる。   Circulating fluid from the refrigerator 22 or the boiler 24 can be transported to the AHU 36 via the pipe 32. The AHU 36 can place the circulating fluid and the airflow flowing through the AHU 36 in a heat exchange relationship. For example, the airflow can flow over the piping of a fan coil unit or other air conditioning terminal unit through which the circulating fluid flows. The AHU 36 can transfer heat between the air stream and the circulating fluid to provide heating or cooling to the air stream. Heated or cooled air can be delivered to the building 10 via an air distribution system that includes an air supply duct 38 and can return to the AHU 36 via a return air duct 40. In FIG. 1, the HVAC system 20 is shown to include a separate AHU 36 on each floor of the building 10. In other embodiments, a single AHU (eg, a rooftop AHU) can supply air to multiple floors or zones. The circulating fluid from the AHU 36 can return to the refrigerator 22 or the boiler 24 via the pipe 34.

いくつかの実施形態では、冷凍機22の冷媒は、循環流体から吸熱次第、蒸発する。蒸気冷媒は、冷凍機22内の圧縮機に提供することができ、圧縮機では、冷媒の温度および圧力は増加する(例えば、回転羽根車、スクリュ圧縮機、スクロール圧縮機、往復圧縮機、遠心圧縮機などを使用して)。圧縮された冷媒は、冷凍機22内の凝縮器に放出することができる。いくつかの実施形態では、水(または、別の冷却流体)は、冷媒蒸気から吸熱するために冷凍機22の凝縮器の管中を流れ、それにより、冷媒は凝縮する。凝縮器の管中を流れる水は、配管28を介して冷凍機22から屋上冷却ユニット26に送り出すことができる。冷却ユニット26は、ファン駆動冷却またはファン駆動蒸発を使用して、水から熱を除去することができる。屋根ユニット26内の冷却水は、配管30を介して冷凍機22に戻すことができ、サイクルが繰り返される。   In some embodiments, the refrigerant of the refrigerator 22 evaporates as soon as the heat is absorbed from the circulating fluid. The vapor refrigerant can be provided to a compressor in the refrigerator 22 where the temperature and pressure of the refrigerant increase (eg, rotary impeller, screw compressor, scroll compressor, reciprocating compressor, centrifugal Using a compressor etc.). The compressed refrigerant can be discharged to a condenser in the refrigerator 22. In some embodiments, water (or another cooling fluid) flows through the condenser tube of the refrigerator 22 to absorb heat from the refrigerant vapor, thereby condensing the refrigerant. The water flowing in the condenser tube can be sent out from the refrigerator 22 to the rooftop cooling unit 26 via the pipe 28. The cooling unit 26 can remove heat from the water using fan driven cooling or fan driven evaporation. The cooling water in the roof unit 26 can be returned to the refrigerator 22 via the pipe 30, and the cycle is repeated.

ここで図2を参照すると、いくつかの実施形態による、HVACシステム20の一部分を示すブロック図がさらに詳細に示されている。図2では、AHU 36は、エコノマイザタイプの空気処理ユニットとして示されている。エコノマイザタイプの空気処理ユニットは、加熱または冷却のために空気処理ユニットによって使用される外気および還気の量を変動させる。例えば、AHU 36は、還気ダクト40を介して建物10から還気82を受け取り、給気ダクト38を介して建物10に給気86を送達することができる。AHU 36は、給気86を形成するために組み合わせる外気80および還気82の量を制御するために、排気ダンパ60、混合ダンパ62および外気ダンパ64を操作するように構成することができる。混合ダンパ62を通過しない還気82は、AHU 36から排気ダンパ60を通じて排気84として排出することができる。   Referring now to FIG. 2, a block diagram illustrating a portion of the HVAC system 20 is shown in further detail according to some embodiments. In FIG. 2, the AHU 36 is shown as an economizer type air treatment unit. Economizer type air treatment units vary the amount of outside and return air used by the air treatment unit for heating or cooling. For example, AHU 36 may receive return air 82 from building 10 via return air duct 40 and deliver supply air 86 to building 10 via supply air duct 38. The AHU 36 can be configured to operate the exhaust damper 60, the mixing damper 62, and the outside air damper 64 to control the amount of outside air 80 and return air 82 that are combined to form the supply air 86. The return air 82 that does not pass through the mixing damper 62 can be discharged from the AHU 36 through the exhaust damper 60 as exhaust 84.

ダンパ60〜64の各々は、アクチュエータによって操作することができる。図2に示されるように、排気ダンパ60は、アクチュエータ54によって操作され、混合ダンパ62は、アクチュエータ56によって操作され、外気ダンパ64は、アクチュエータ58によって操作される。アクチュエータ54〜58は、通信リンク52を介してAHUコントローラ44と通信することができる。AHUコントローラ44は、1つまたは複数の制御アルゴリズム(例えば、状態ベースアルゴリズム、ESCアルゴリズム、PID制御アルゴリズム、モデル予測制御アルゴリズムなど)を使用してアクチュエータ54〜58を制御するように構成されたエコノマイザコントローラであり得る。AHUコントローラ44によって使用することができるESC方法の例は、図8、9を参照してさらに詳細に説明する。   Each of the dampers 60 to 64 can be operated by an actuator. As shown in FIG. 2, the exhaust damper 60 is operated by the actuator 54, the mixing damper 62 is operated by the actuator 56, and the outside air damper 64 is operated by the actuator 58. Actuators 54-58 can communicate with AHU controller 44 via communication link 52. AHU controller 44 is an economizer controller configured to control actuators 54-58 using one or more control algorithms (e.g., state-based algorithms, ESC algorithms, PID control algorithms, model predictive control algorithms, etc.). It can be. An example of an ESC method that can be used by the AHU controller 44 will be described in more detail with reference to FIGS.

アクチュエータ54〜58は、AHUコントローラ44から制御信号を受信し、AHUコントローラ44にフィードバック信号を提供することができる。フィードバック信号は、例えば、現在のアクチュエータもしくはダンパ位置の表示、アクチュエータによって与えられたトルクもしくは力の量、診断情報(例えば、アクチュエータ54〜58によって実行された診断テストの結果)、ステータス情報、試運転情報、構成設定、較正データ、および/または、アクチュエータ54〜58によって収集、格納もしくは使用することができる他のタイプの情報もしくはデータを含み得る。   Actuators 54-58 can receive control signals from AHU controller 44 and provide feedback signals to AHU controller 44. The feedback signal includes, for example, an indication of the current actuator or damper position, the amount of torque or force applied by the actuator, diagnostic information (eg, results of a diagnostic test performed by the actuators 54-58), status information, and test run information , Configuration settings, calibration data, and / or other types of information or data that can be collected, stored, or used by the actuators 54-58.

依然として図2を参照すると、AHU 36は、冷却コイル68、加熱コイル70およびファン66を含むように示されている。いくつかの実施形態では、冷却コイル68、加熱コイル70およびファン66は、給気ダクト38内に配置される。ファン66は、給気86が冷却コイル68および/または加熱コイル70中を流れることを強いるように構成することができる。AHUコントローラ44は、給気86の流量を制御するために、通信リンク78を介してファン66と通信することができる。冷却コイル68は、配管32を介して冷凍機22から冷却流体を受け取り、配管34を介して冷凍機22に冷却流体を戻すことができる。弁92は、冷却コイル68に提供される冷却流体の量を制御するために、配管32または配管34に沿って配置することができる。加熱コイル70は、配管32を介してボイラ24から加熱流体を受け取り、配管34を介してボイラ24に加熱流体を戻すことができる。弁94は、加熱コイル70に提供される加熱流体の量を制御するために、配管32または配管34に沿って配置することができる。   Still referring to FIG. 2, the AHU 36 is shown to include a cooling coil 68, a heating coil 70 and a fan 66. In some embodiments, the cooling coil 68, the heating coil 70, and the fan 66 are disposed in the air supply duct 38. The fan 66 can be configured to force the air supply 86 to flow through the cooling coil 68 and / or the heating coil 70. AHU controller 44 can communicate with fan 66 via communication link 78 to control the flow rate of supply air 86. The cooling coil 68 can receive the cooling fluid from the refrigerator 22 via the pipe 32 and return the cooling fluid to the refrigerator 22 via the pipe 34. Valve 92 can be positioned along line 32 or line 34 to control the amount of cooling fluid provided to cooling coil 68. The heating coil 70 can receive the heating fluid from the boiler 24 via the pipe 32 and can return the heating fluid to the boiler 24 via the pipe 34. Valve 94 can be positioned along line 32 or line 34 to control the amount of heating fluid provided to heating coil 70.

弁92、94の各々は、アクチュエータによって制御することができる。図2に示されるように、弁92は、アクチュエータ88によって制御され、弁94は、アクチュエータ90によって制御される。アクチュエータ88、90は、通信リンク96、98を介してAHUコントローラ44と通信することができる。アクチュエータ88、90は、AHUコントローラ44から制御信号を受信し、コントローラ44にフィードバック信号を提供することができる。いくつかの実施形態では、AHUコントローラ44は、給気ダクト38(例えば、冷却コイル68および加熱コイル70の下流)に配置された温度センサ72から給気温度の測定値を受信する。しかし、温度センサ72は必須ではなく、いくつかの実施形態では、含めなくともよい。   Each of the valves 92, 94 can be controlled by an actuator. As shown in FIG. 2, the valve 92 is controlled by an actuator 88 and the valve 94 is controlled by an actuator 90. Actuators 88, 90 can communicate with AHU controller 44 via communication links 96, 98. Actuators 88, 90 can receive control signals from AHU controller 44 and provide feedback signals to controller 44. In some embodiments, the AHU controller 44 receives a supply air temperature measurement from a temperature sensor 72 located in the supply air duct 38 (eg, downstream of the cooling coil 68 and the heating coil 70). However, the temperature sensor 72 is not essential and may not be included in some embodiments.

AHUコントローラ44は、給気86に提供される加熱または冷却の量を調節するために(例えば、給気86に対するセットポイント温度を達成するためまたはセットポイント温度範囲内に給気86の温度を維持するために)、アクチュエータ88、90を介して弁92、94を操作することができる。弁92、94の位置は、冷却コイル68または加熱コイル70によって給気86に提供される冷却または加熱の量に影響を与え、所望の給気温度を達成するために消費されるエネルギーの量と相関させることができる。様々な実施形態では、弁92、94は、AHUコントローラ44またはHVACシステム20用の別個のコントローラによって操作することができる。   The AHU controller 44 adjusts the amount of heating or cooling provided to the supply air 86 (eg, to achieve a set point temperature for the supply air 86 or to maintain the temperature of the supply air 86 within a set point temperature range. The valves 92 and 94 can be operated via actuators 88 and 90. The position of the valves 92, 94 affects the amount of cooling or heating provided to the supply air 86 by the cooling coil 68 or heating coil 70, and the amount of energy consumed to achieve the desired supply air temperature. Can be correlated. In various embodiments, the valves 92, 94 can be operated by the AHU controller 44 or a separate controller for the HVAC system 20.

AHUコントローラ44は、通信リンク96、98を介して弁92、94の位置をモニタすることができる。AHUコントローラ44は、ESC制御技法を使用して最適化される変数として弁92、94の位置を使用することができる。AHUコントローラ44は、弁92、94の最適または目標位置を達成するために、ダンパ60〜64の位置を決定および/または設定することができる。弁92、94の最適または目標位置は、セットポイント給気温度を達成するためにHVACシステム20によって使用される機械式の加熱または冷却の最小量(例えば、弁92、94を通過する最小流体流量)に相当する位置であり得る。   AHU controller 44 can monitor the position of valves 92, 94 via communication links 96, 98. The AHU controller 44 can use the position of the valves 92, 94 as a variable that is optimized using ESC control techniques. The AHU controller 44 can determine and / or set the position of the dampers 60-64 to achieve the optimal or target position of the valves 92,94. The optimal or target position of the valves 92, 94 is the minimum amount of mechanical heating or cooling used by the HVAC system 20 to achieve the set point charge temperature (eg, the minimum fluid flow rate through the valves 92, 94). ).

依然として図2を参照すると、HVACシステム20は、監視コントローラ42およびクライアントデバイス46を含むように示されている。監視コントローラ42は、HVACシステム20用の企業レベルのコントローラ、アプリケーションもしくはデータサーバ、ヘッドノード、マスタコントローラまたはフィールドコントローラとして機能する1つまたは複数のコンピュータシステム(例えば、サーバ、BASコントローラなど)を含み得る。監視コントローラ42は、同様のまたは異種のプロトコル(例えば、LON、BACnetなど)に従って、通信リンク50を介して、複数の下流の建物システムまたはサブシステム(例えば、HVACシステム、セキュリティシステムなど)と通信することができる。   Still referring to FIG. 2, the HVAC system 20 is shown to include a monitoring controller 42 and a client device 46. The monitoring controller 42 may include one or more computer systems (eg, servers, BAS controllers, etc.) that function as enterprise level controllers, application or data servers, head nodes, master controllers or field controllers for the HVAC system 20. . The supervisory controller 42 communicates with a plurality of downstream building systems or subsystems (eg, HVAC systems, security systems, etc.) via the communication link 50 according to similar or dissimilar protocols (eg, LON, BACnet, etc.). be able to.

いくつかの実施形態では、AHUコントローラ44は、監視コントローラ42から情報(例えば、コマンド、セットポイント、動作境界など)を受信する。例えば、監視コントローラ42は、高いファン速度制限および低いファン速度制限をAHUコントローラ44に提供することができる。低い制限は、頻繁なコンポーネントおよび電力負荷が大きいファンの起動を回避することができる一方で、高い制限は、ファンシステムの機械または熱制限近くの動作を回避することができる。様々な実施形態では、AHUコントローラ44および監視コントローラ42は、分離することも(図2に示されるように)、統合することもできる。統合される実装形態では、AHUコントローラ44は、監視コントローラ42のプロセッサによって実行するように構成されたソフトウェアモジュールであり得る。   In some embodiments, AHU controller 44 receives information (eg, commands, setpoints, operating boundaries, etc.) from supervisory controller 42. For example, the monitoring controller 42 can provide a high fan speed limit and a low fan speed limit to the AHU controller 44. Low limits can avoid starting up frequent components and high power load fans, while high limits can avoid operating near fan system mechanical or thermal limits. In various embodiments, the AHU controller 44 and the monitoring controller 42 can be separated (as shown in FIG. 2) or integrated. In an integrated implementation, the AHU controller 44 may be a software module configured to be executed by the processor of the supervisory controller 42.

クライアントデバイス46は、HVACシステム20、そのサブシステムおよび/またはデバイスを制御、閲覧または別の方法で相互作用するための1つまたは複数のヒューマンマシンインタフェースまたはクライアントインタフェース(例えば、グラフィカルユーザインタフェース、報告用のインタフェース、テキストベースのコンピュータインタフェース、顧客に直接対応するウェブサービス、ウェブクライアントにページを提供するウェブサーバなど)を含み得る。クライアントデバイス46は、コンピュータワークステーション、クライアント端末、リモートもしくはローカルインタフェース、または、他の任意のタイプのユーザインタフェースデバイスであり得る。クライアントデバイス46は、据置型端末でも、モバイルデバイスでもよい。例えば、クライアントデバイス46は、デスクトップコンピュータ、ユーザインタフェースを有するコンピュータサーバ、ラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、PDA、または、他の任意のタイプのモバイルもしくは非モバイルデバイスであり得る。   The client device 46 may include one or more human machine interfaces or client interfaces (eg, graphical user interfaces, reporting) for controlling, viewing, or otherwise interacting with the HVAC system 20, its subsystems and / or devices. Interface, text-based computer interface, web services directly addressing customers, web servers providing pages to web clients, etc.). Client device 46 may be a computer workstation, client terminal, remote or local interface, or any other type of user interface device. The client device 46 may be a stationary terminal or a mobile device. For example, the client device 46 can be a desktop computer, a computer server with a user interface, a laptop computer, a tablet, a smartphone, a PDA, or any other type of mobile or non-mobile device.

周期的ディザ信号を伴う極値探索制御システム
ここで図3を参照すると、いくつかの実施形態による、周期的ディザ信号を伴う極値探索制御(ESC)システム300のブロック図が示されている。ESCシステム300は、極値探索コントローラ302およびプラント304を含むように示されている。制御理論上のプラントは、プロセスと1つまたは複数の機械制御出力との組合せである。例えば、プラント304は、1つまたは複数の機械制御アクチュエータおよび/またはダンパを介して建物空間内の温度を制御するように構成された空気処理ユニットであり得る。様々な実施形態では、プラント304は、冷凍機操作プロセス、ダンパ調整プロセス、機械式冷却プロセス、換気プロセス、冷凍プロセス、または、プラント304への入力変数(すなわち、操作変数u)がプラント304からの出力(すなわち、性能変数y)に影響を与えるように調整される他の任意のプロセスを含み得る。
Extreme Value Search Control System with Periodic Dither Signal Referring now to FIG. 3, a block diagram of an extreme value search control (ESC) system 300 with periodic dither signal is shown, according to some embodiments. The ESC system 300 is shown to include an extreme value search controller 302 and a plant 304. A control theoretical plant is a combination of a process and one or more machine control outputs. For example, the plant 304 can be an air treatment unit configured to control the temperature in a building space via one or more machine controlled actuators and / or dampers. In various embodiments, the plant 304 may have a chiller operating process, a damper conditioning process, a mechanical cooling process, a ventilation process, a refrigeration process, or an input variable to the plant 304 (ie, an operating variable u) from the plant 304. It may include any other process that is adjusted to affect the output (ie, performance variable y).

極値探索コントローラ302は、極値探索制御論理を使用して、操作変数uを調節する。例えば、コントローラ302は、性能勾配pを抽出するために、周期的(例えば、正弦波)摂動信号またはディザ信号を使用して、操作変数uの値に摂動を与えることができる。操作変数uは、フィードバック制御ループによって決定することができる性能変数uのDC値に周期的振動を加えることによって摂動を与えることができる。性能勾配pは、操作変数uに対する性能変数yの勾配または傾きを表す。コントローラ302は、極値探索制御論理を使用して、性能勾配pをゼロに至らせる操作変数uの値を決定する。   The extreme value search controller 302 adjusts the manipulated variable u using the extreme value search control logic. For example, the controller 302 can perturb the value of the manipulated variable u using a periodic (eg, sinusoidal) perturbation signal or a dither signal to extract the performance gradient p. The manipulated variable u can be perturbed by adding periodic oscillations to the DC value of the performance variable u that can be determined by a feedback control loop. The performance gradient p represents the gradient or slope of the performance variable y with respect to the manipulated variable u. The controller 302 uses extreme value search control logic to determine the value of the manipulated variable u that brings the performance gradient p to zero.

コントローラ302は、入力インタフェース310を介してプラント304からフィードバックとして受信された性能変数yの測定値または他の表示に基づいて、操作変数uのDC値を決定することができる。プラント304からの測定値は、これらに限定されないが、プラント304の状態についてセンサから受信された情報またはシステムの他のデバイスに送信された制御信号を含み得る。いくつかの実施形態では、性能変数yは、弁92、94のうちの1つの測定または観察された位置である。他の実施形態では、性能変数yは、測定もしくは計算された電力消費量、ファン速度、ダンパ位置、温度、または、プラント304によって測定もしくは計算することができる他の任意の変数である。性能変数yは、極値探索コントローラ302が極値探索制御技法を介して最適化しようと努める変数であり得る。性能変数yは、プラント304によって出力するかまたはプラント304において観察し(例えば、センサを介して)、入力インタフェース310において極値探索コントローラに提供することができる。   The controller 302 can determine the DC value of the manipulated variable u based on the measured value or other indication of the performance variable y received as feedback from the plant 304 via the input interface 310. Measurements from the plant 304 may include, but are not limited to, information received from sensors about the state of the plant 304 or control signals sent to other devices in the system. In some embodiments, the performance variable y is the measured or observed position of one of the valves 92,94. In other embodiments, the performance variable y is a measured or calculated power consumption, fan speed, damper position, temperature, or any other variable that can be measured or calculated by the plant 304. The performance variable y may be a variable that the extremum search controller 302 seeks to optimize via an extremum search control technique. The performance variable y can be output by the plant 304 or observed at the plant 304 (eg, via a sensor) and provided to the extreme value search controller at the input interface 310.

入力インタフェース310は、性能勾配314を検出するために、性能変数yを性能勾配プローブ312に提供する。性能勾配314は、関数y=f(u)の傾きを示すことができ、式中、yは、プラント304から受信される性能変数を表し、uは、プラント304に提供される操作変数を表す。性能勾配314がゼロの場合は、性能変数yは極値(例えば、最大または最小)を有する。従って、極値探索コントローラ302は、性能勾配314をゼロに至らせることによって性能変数yの値を最適化することができる。   Input interface 310 provides performance variable y to performance gradient probe 312 to detect performance gradient 314. The performance gradient 314 can indicate the slope of the function y = f (u), where y represents a performance variable received from the plant 304 and u represents an operational variable provided to the plant 304. . If the performance gradient 314 is zero, the performance variable y has an extreme value (eg, maximum or minimum). Accordingly, the extreme value search controller 302 can optimize the value of the performance variable y by bringing the performance gradient 314 to zero.

操作変数アップデータ316は、性能勾配314に基づいて、更新済みの操作変数uを生成する。いくつかの実施形態では、操作変数アップデータ316は、性能勾配314をゼロに至らせるための積分器を含む。次いで、操作変数アップデータ316は、出力インタフェース318を介してプラント304に更新済みの操作変数uを提供する。いくつかの実施形態では、操作変数uは、出力インタフェース318を介してダンパ60〜64(図2)のうちの1つまたはダンパ60〜64に影響を与えるアクチュエータに制御信号として提供される。プラント304は、セットポイントとして操作変数uを使用して、ダンパ60〜64の位置を調整することができ、それにより、温度制御空間に提供される外気80と再循環気83の相対的比率を制御することができる。   The operation variable updater 316 generates an updated operation variable u based on the performance gradient 314. In some embodiments, the manipulated variable updater 316 includes an integrator for bringing the performance gradient 314 to zero. The manipulated variable updater 316 then provides the updated manipulated variable u to the plant 304 via the output interface 318. In some embodiments, the manipulated variable u is provided as a control signal to one of the dampers 60-64 (FIG. 2) or an actuator that affects the dampers 60-64 via the output interface 318. The plant 304 can adjust the position of the dampers 60-64 using the manipulated variable u as a set point, thereby the relative ratio of the outside air 80 and the recirculated air 83 provided to the temperature control space. Can be controlled.

ここで図4を参照すると、いくつかの実施形態による、周期的ディザ信号を伴う別のESCシステム400のブロック図が示されている。ESCシステム400は、プラント404および極値探索コントローラ402を含むように示されている。コントローラ402は、極値探索制御戦略を使用して、プラント404から出力として受信された性能変数yを最適化する。性能変数yを最適化することは、yを最小化すること、yを最大化すること、セットポイントを達成するようにyを制御することまたは性能変数yの値を別の方法で規制することを含み得る。   Referring now to FIG. 4, a block diagram of another ESC system 400 with a periodic dither signal is shown according to some embodiments. The ESC system 400 is shown to include a plant 404 and an extreme value search controller 402. The controller 402 optimizes the performance variable y received as output from the plant 404 using an extreme value search control strategy. Optimizing the performance variable y is to minimize y, maximize y, control y to achieve the setpoint, or otherwise regulate the value of the performance variable y Can be included.

プラント404は、図3を参照して説明されるようなプラント304と同じものでも、プラント304と同様のものでもよい。例えば、プラント404は、プロセスと1つまたは複数の機械制御出力との組合せであり得る。いくつかの実施形態では、プラント404は、1つまたは複数の機械制御アクチュエータおよび/またはダンパを介して建物空間内の温度を制御するように構成された空気処理ユニットである。他の実施形態では、プラント404は、冷凍機操作プロセス、ダンパ調整プロセス、機械式冷却プロセス、換気プロセス、または、1つもしくは複数の制御入力に基づいて出力を生成する他の任意のプロセスを含み得る。   The plant 404 may be the same as the plant 304 as described with reference to FIG. For example, the plant 404 can be a combination of a process and one or more machine control outputs. In some embodiments, the plant 404 is an air treatment unit configured to control the temperature in the building space via one or more machine controlled actuators and / or dampers. In other embodiments, the plant 404 includes a chiller operating process, a damper conditioning process, a mechanical cooling process, a ventilation process, or any other process that generates output based on one or more control inputs. obtain.

プラント404は、入力ダイナミクス422、性能マップ424、出力ダイナミクス426および外乱dの組合せとして数学的に表現することができる。いくつかの実施形態では、入力ダイナミクス422は、線形時不変(LTI)入力ダイナミクスであり、出力ダイナミクス426は、LTI出力ダイナミクスである。性能マップ424は、静的非線形性能マップであり得る。外乱dは、プロセス雑音、測定雑音またはその両方の組合せを含み得る。プラント404のコンポーネントが図4に示されているが、ESCを適用するためにプラント404の実際の数学的モデルを知っている必要はないことに留意すべきである。   The plant 404 can be mathematically represented as a combination of the input dynamics 422, the performance map 424, the output dynamics 426, and the disturbance d. In some embodiments, input dynamics 422 is linear time invariant (LTI) input dynamics and output dynamics 426 is LTI output dynamics. The performance map 424 may be a static non-linear performance map. The disturbance d may include process noise, measurement noise, or a combination of both. It should be noted that although the components of plant 404 are shown in FIG. 4, it is not necessary to know the actual mathematical model of plant 404 in order to apply ESC.

プラント404は、出力インタフェース430を介して極値探索コントローラ402から制御入力u(例えば、制御信号、操作変数など)を受信する。入力ダイナミクス422は、制御入力に基づく関数信号xを生成するために、制御入力uを使用することができる(例えば、x=f(u))。関数信号xは、性能マップ424に送ることができ、性能マップ424は、関数信号の関数として出力信号zを生成する(すなわち、z=f(x))。出力信号zは、出力ダイナミクス426を通過して信号z’を生成することができ、信号z’は、外乱dによって修正され、性能変数yが生成される(例えば、y=z’+d)。性能変数yは、プラント404から出力として提供され、極値探索コントローラ402で受信される。極値探索コントローラ402は、性能マップ424の出力zおよび/または性能変数yを最適化するxおよび/またはuの値を見出すよう努めることができる。   The plant 404 receives a control input u (for example, a control signal, an operation variable, etc.) from the extreme value search controller 402 via the output interface 430. The input dynamics 422 can use the control input u to generate a function signal x based on the control input (eg, x = f (u)). The function signal x can be sent to the performance map 424, which generates an output signal z as a function of the function signal (ie, z = f (x)). The output signal z can pass through the output dynamics 426 to produce a signal z ', which is modified by the disturbance d to produce a performance variable y (eg, y = z' + d). The performance variable y is provided as an output from the plant 404 and received by the extreme value search controller 402. The extreme value search controller 402 may strive to find values for x and / or u that optimize the output z and / or performance variable y of the performance map 424.

依然として図4を参照すると、極値探索コントローラ402は、入力インタフェース432を介して性能変数yを受信し、コントローラ402内の制御ループ405に性能変数yを提供するように示されている。制御ループ405は、ハイパスフィルタ406、復調要素408、ローパスフィルタ410、積分器フィードバックコントローラ412およびディザ信号要素414を含むように示されている。制御ループ405は、ディザ復調技法を使用して性能変数yから性能勾配pを抽出するように構成することができる。積分器フィードバックコントローラ412は、性能勾配pを分析し、プラント入力のDC値(すなわち、変数w)を調整して性能勾配pをゼロに至らせる。   Still referring to FIG. 4, the extreme value search controller 402 is shown to receive the performance variable y via the input interface 432 and provide the performance variable y to the control loop 405 in the controller 402. The control loop 405 is shown to include a high pass filter 406, a demodulation element 408, a low pass filter 410, an integrator feedback controller 412 and a dither signal element 414. The control loop 405 can be configured to extract the performance gradient p from the performance variable y using a dither demodulation technique. The integrator feedback controller 412 analyzes the performance gradient p and adjusts the DC value (ie, variable w) of the plant input to bring the performance gradient p to zero.

ディザ復調技法の第1のステップは、ディザ信号ジェネレータ416およびディザ信号要素414によって実行される。ディザ信号ジェネレータ416は、周期的ディザ信号vを生成し、周期的ディザ信号vは、通常、正弦波信号である。ディザ信号要素414は、ディザ信号ジェネレータ416からディザ信号vを受信し、コントローラ412からプラント入力wのDC値を受信する。ディザ信号要素414は、ディザ信号vをプラント入力wのDC値と組み合わせて、プラント404に提供される摂動制御入力uを生成する(例えば、u=w+v)。摂動制御入力uは、プラント404に提供され、以前に説明されるように性能変数yを生成するためにプラント404によって使用される。   The first step of the dither demodulation technique is performed by dither signal generator 416 and dither signal element 414. Dither signal generator 416 generates a periodic dither signal v, which is typically a sine wave signal. The dither signal element 414 receives the dither signal v from the dither signal generator 416 and receives the DC value of the plant input w from the controller 412. The dither signal element 414 combines the dither signal v with the DC value of the plant input w to generate a perturbation control input u that is provided to the plant 404 (eg, u = w + v). The perturbation control input u is provided to the plant 404 and used by the plant 404 to generate the performance variable y as previously described.

ディザ復調技法の第2のステップは、ハイパスフィルタ406、復調要素408およびローパスフィルタ410によって実行される。ハイパスフィルタ406は、性能変数yをフィルタ処理し、フィルタ処理済みの出力を復調要素408に提供する。復調要素408は、位相シフト418を適用してフィルタ処理済みの出力にディザ信号vを乗じることによってハイパスフィルタ406の出力を復調する。この乗算のDC値は、制御入力uに対する性能変数yの性能勾配pに比例する。復調要素408の出力は、ローパスフィルタ410に提供され、ローパスフィルタ410は、性能勾配p(すなわち、復調済みの出力のDC値)を抽出する。次いで、性能勾配pの推定が積分器フィードバックコントローラ412に提供され、積分器フィードバックコントローラ412は、プラント入力uのDC値wを調整することによって性能勾配推定pをゼロに至らせる。   The second step of the dither demodulation technique is performed by high pass filter 406, demodulation element 408 and low pass filter 410. High pass filter 406 filters performance variable y and provides a filtered output to demodulation element 408. Demodulation element 408 demodulates the output of high pass filter 406 by applying phase shift 418 and multiplying the filtered output by dither signal v. The DC value of this multiplication is proportional to the performance gradient p of the performance variable y with respect to the control input u. The output of the demodulating element 408 is provided to a low-pass filter 410 that extracts the performance gradient p (ie, the DC value of the demodulated output). An estimate of the performance gradient p is then provided to the integrator feedback controller 412, which brings the performance gradient estimate p to zero by adjusting the DC value w of the plant input u.

依然として図4を参照すると、極値探索コントローラ402は、増幅器420を含むように示されている。プラント出力yにおいてはっきりするようにディザ信号vの振幅がディザ信号vの効果に対して十分大きくなるように、ディザ信号vを増幅することが望ましい場合がある。ディザ信号vの大きな振幅は、制御入力uのDC値wが一定のままであっても、制御入力uの大きな変動をもたらすことができる。周期的ディザ信号vによって生じた周期的振動による制御入力uおよび性能変数yを示すグラフは、図6A、6Bに示されている(以下でさらに詳細に説明する)。ディザ信号vの周期的性質のため、プラント入力uの大きな変動(すなわち、ディザ信号vによって生じた振動)はプラントオペレータにとって顕著である場合が多い。   Still referring to FIG. 4, the extreme value search controller 402 is shown to include an amplifier 420. It may be desirable to amplify the dither signal v so that the amplitude of the dither signal v is sufficiently large relative to the effect of the dither signal v, as is evident at the plant output y. A large amplitude of the dither signal v can cause a large fluctuation of the control input u even if the DC value w of the control input u remains constant. Graphs showing the control input u and performance variable y due to periodic vibrations caused by the periodic dither signal v are shown in FIGS. 6A and 6B (discussed in more detail below). Due to the periodic nature of the dither signal v, large fluctuations in the plant input u (ie vibrations caused by the dither signal v) are often noticeable to the plant operator.

それに加えて、ESC戦略が効果的であることを保証するために、ディザ信号vの周波数を慎重に選択することが望ましい場合がある。例えば、性能変数yに対するディザ信号vの効果を高めるために、プラント304の固有周波数ωに基づいてディザ信号周波数ωを選択することが望ましい場合がある。プラント404のダイナミクスの知識なしでディザ周波数ωを正しく選択することは難しく苦労を伴うものであり得る。これらの理由のため、周期的ディザ信号vの使用は、従来のESCの欠点の1つである。 In addition, it may be desirable to carefully select the frequency of the dither signal v to ensure that the ESC strategy is effective. For example, it may be desirable to select the dither signal frequency ω v based on the natural frequency ω n of the plant 304 to enhance the effect of the dither signal v on the performance variable y. Proper selection of the dither frequency ω v without knowledge of the plant 404 dynamics can be difficult and laborious. For these reasons, the use of the periodic dither signal v is one of the disadvantages of conventional ESCs.

ESCシステム400では、ハイパスフィルタ406の出力は、以下の方程式に示されるように、性能変数yの値と性能変数yの期待値との差として表現することができる。
ハイパスフィルタの出力:y−E[y]
式中、変数E[y]は、性能変数yの期待値である。復調要素408によって実行された相互相関の結果(すなわち、復調要素408の出力)は、以下の方程式に示されるように、ハイパスフィルタ出力と位相シフトされたディザ信号との積として表現することができる。
相互相関の結果:(y−E[y])(v−E[v])
式中、変数E[v]は、ディザ信号vの期待値である。ローパスフィルタ410の出力は、以下の方程式に示されるように、ディザ信号vと性能変数yの共分散として表現することができる。
ローパスフィルタの出力:E[(y−E[y])(v−E[u])]≡Cov(v,y)
式中、変数E[u]は、制御入力uの期待値である。
In the ESC system 400, the output of the high pass filter 406 can be expressed as the difference between the value of the performance variable y and the expected value of the performance variable y, as shown in the following equation.
High-pass filter output: y-E [y]
In the equation, the variable E [y] is an expected value of the performance variable y. The result of the cross-correlation performed by demodulation element 408 (ie, the output of demodulation element 408) can be expressed as the product of the high pass filter output and the phase shifted dither signal, as shown in the following equation: .
Cross-correlation result: (y-E [y]) (v-E [v])
In the equation, the variable E [v] is an expected value of the dither signal v. The output of the low-pass filter 410 can be expressed as the covariance of the dither signal v and the performance variable y, as shown in the following equation.
Low-pass filter output: E [(y−E [y]) (v−E [u])] ≡Cov (v, y)
In the equation, the variable E [u] is an expected value of the control input u.

先行方程式は、ESCシステム400がディザ信号vとプラント出力(すなわち、性能変数y)との間の共分散Cov(v,y)の推定を生成することを示す。共分散Cov(v,y)は、ESCシステム400において、性能勾配pのプロキシとして使用することができる。例えば、共分散Cov(v,y)は、ハイパスフィルタ406、復調要素408およびローパスフィルタ410によって計算し、積分器フィードバックコントローラ412にフィードバック入力として提供することができる。積分器フィードバックコントローラ412は、フィードバック制御ループの一部として共分散Cov(v,y)を最小化するために、プラント入力uのDC値wを調整することができる。   The preceding equation indicates that the ESC system 400 generates an estimate of the covariance Cov (v, y) between the dither signal v and the plant output (ie performance variable y). The covariance Cov (v, y) can be used as a proxy for the performance gradient p in the ESC system 400. For example, the covariance Cov (v, y) can be calculated by the high pass filter 406, the demodulation element 408, and the low pass filter 410 and provided to the integrator feedback controller 412 as a feedback input. The integrator feedback controller 412 can adjust the DC value w of the plant input u to minimize the covariance Cov (v, y) as part of the feedback control loop.

確率論的励起信号を伴う極値探索制御システム
ここで図5を参照すると、いくつかの実施形態による、確率論的励起信号を伴うESCシステム500のブロック図が示されている。ESCシステム500は、プラント504および極値探索コントローラ502を含むように示されている。コントローラ502は、入力インタフェース526を介してプラント504からフィードバックとして性能変数yを受信し、出力インタフェース524を介してプラント504に制御入力uを提供するように示されている。コントローラ502は、図3、4を参照して説明されるようなコントローラ302および402と同様に操作することができる。例えば、コントローラ502は、極値探索制御(ESC)戦略を使用して、プラント504から出力として受信された性能変数yを最適化することができる。しかし、周期的ディザ信号を用いて制御入力uに摂動を与えるよりむしろ、コントローラ502は、確率論的励起信号qを用いて制御入力uに摂動を与えることができる。コントローラ502は、制御入力uを調整して性能変数yの勾配をゼロに至らせることができる。このように、コントローラ502は、性能変数yの最適値(例えば、最大または最小)を達成する制御入力uの値を識別する。
Extreme Value Search Control System with Probabilistic Excitation Signal Referring now to FIG. 5, a block diagram of an ESC system 500 with a stochastic excitation signal is shown, according to some embodiments. The ESC system 500 is shown to include a plant 504 and an extreme value search controller 502. Controller 502 is shown to receive performance variable y as feedback from plant 504 via input interface 526 and to provide control input u to plant 504 via output interface 524. Controller 502 can operate similarly to controllers 302 and 402 as described with reference to FIGS. For example, the controller 502 can optimize the performance variable y received as output from the plant 504 using an extreme value search control (ESC) strategy. However, rather than perturbing the control input u using a periodic dither signal, the controller 502 can perturb the control input u using a stochastic excitation signal q. The controller 502 can adjust the control input u to bring the slope of the performance variable y to zero. In this way, the controller 502 identifies the value of the control input u that achieves the optimal value (eg, maximum or minimum) of the performance variable y.

いくつかの実施形態では、コントローラ502によって実装されるESC論理は、受信された制御信号(例えば、セットポイント、動作モード信号など)に基づいて制御入力uの値を生成する。制御信号は、ユーザ制御(例えば、サーモスタット、ローカルユーザインタフェースなど)、クライアントデバイス536(例えば、コンピュータ端末、モバイルユーザデバイス、携帯電話、ラップトップ、タブレット、デスクトップコンピュータなど)、監視コントローラ532、または、他の任意の外部のシステムもしくはデバイスから受信することができる。様々な実施形態では、コントローラ502は、外部のシステムおよびデバイスと直接(例えば、NFC、Bluetooth(登録商標)、WiFiダイレクト、ケーブルなどを使用して)、または、有線もしくは無線電子データ通信を使用して通信ネットワーク534(例えば、BACnetネットワーク、LonWorksネットワーク、LAN、WAN、インターネット、セルラネットワークなど)を介して、通信することができる。   In some embodiments, ESC logic implemented by controller 502 generates a value for control input u based on received control signals (eg, setpoints, operating mode signals, etc.). The control signal may be user control (eg, thermostat, local user interface, etc.), client device 536 (eg, computer terminal, mobile user device, mobile phone, laptop, tablet, desktop computer, etc.), supervisory controller 532, or other From any external system or device. In various embodiments, the controller 502 uses direct communication with external systems and devices (eg, using NFC, Bluetooth, WiFi Direct, cables, etc.) or using wired or wireless electronic data communications. Communication via a communication network 534 (for example, BACnet network, LonWorks network, LAN, WAN, Internet, cellular network, etc.).

プラント504は、図4を参照して説明されるようなプラント404と同様のものであり得る。例えば、プラント504は、プロセスと1つまたは複数の機械制御出力との組合せであり得る。いくつかの実施形態では、プラント504は、1つまたは複数の機械制御アクチュエータおよび/またはダンパを介して建物空間内の温度を制御するように構成された空気処理ユニットである。他の実施形態では、プラント504は、冷凍機操作プロセス、ダンパ調整プロセス、機械式冷却プロセス、換気プロセス、または、1つもしくは複数の制御入力に基づいて出力を生成する他の任意のプロセスを含み得る。   The plant 504 may be similar to the plant 404 as described with reference to FIG. For example, the plant 504 can be a combination of a process and one or more machine control outputs. In some embodiments, the plant 504 is an air treatment unit configured to control the temperature in the building space via one or more machine control actuators and / or dampers. In other embodiments, the plant 504 includes a chiller operating process, a damper conditioning process, a mechanical cooling process, a ventilation process, or any other process that generates output based on one or more control inputs. obtain.

プラント504は、動的コンポーネントと直列接続された静的非線形性として数学的に表現することができる。例えば、プラント504は、定利得ブロック518および伝達関数ブロック520と直列接続された静的非線形関数ブロック516を含むように示されている。プラント504のコンポーネントが図5に示されているが、ESCを適用するためにプラント504の実際の数学的モデルを知っている必要はないことに留意すべきである。プラント504は、出力インタフェース524を介して極値探索コントローラ502から制御入力u(例えば、制御信号、操作変数など)を受信する。非線形関数ブロック516は、制御入力に基づく関数信号xを生成するために、制御入力uを使用することができる(例えば、x=f(u))。関数信号xは、定利得ブロック518を送ることができ、定利得ブロック518は、関数信号xに定利得Kを乗じて、出力信号zを生成する(すなわち、z=Kx)。出力信号zは、伝達関数ブロック520を通過して信号z’を生成することができ、信号z’は、外乱dによって修正され、性能変数yが生成される(例えば、y=z’+d)。外乱dは、プロセス雑音、測定雑音またはその両方の組合せを含み得る。性能変数yは、プラント504から出力として提供され、極値探索コントローラ502で受信される。   The plant 504 can be expressed mathematically as static non-linearity connected in series with dynamic components. For example, the plant 504 is shown to include a static nonlinear function block 516 connected in series with a constant gain block 518 and a transfer function block 520. It should be noted that although the components of plant 504 are shown in FIG. 5, it is not necessary to know the actual mathematical model of plant 504 in order to apply ESC. The plant 504 receives a control input u (for example, a control signal, an operation variable, etc.) from the extreme value search controller 502 via the output interface 524. The non-linear function block 516 can use the control input u to generate a function signal x based on the control input (eg, x = f (u)). The function signal x can be sent to a constant gain block 518, which multiplies the function signal x by a constant gain K to produce an output signal z (ie, z = Kx). Output signal z can pass through transfer function block 520 to produce signal z ′, which is modified by disturbance d to produce a performance variable y (eg, y = z ′ + d). . The disturbance d may include process noise, measurement noise, or a combination of both. The performance variable y is provided as an output from the plant 504 and received by the extreme value search controller 502.

依然として図5を参照すると、コントローラ502は、通信インタフェース530、入力インタフェース526および出力インタフェース524を含むように示されている。インタフェース530および524、526は、いかなる数のジャック、ワイヤ端子、ワイヤポート、無線アンテナ、あるいは、情報および/または制御信号を伝達するための他の通信インタフェースも含み得る。インタフェース530および524、526は、同じタイプのデバイスでも、異なるタイプのデバイスでもよい。例えば、入力インタフェース526は、プラント504からアナログフィードバック信号(例えば、出力変数、測定信号、センサ出力、制御変数)を受信するように構成することができ、通信インタフェース530は、ネットワーク534を介して監視コントローラ532からデジタルセットポイント信号を受信するように構成することができる。出力インタフェース524は、デジタル制御信号(例えば、操作変数、制御入力)をプラント504に提供するように構成されたデジタル出力(例えば、光デジタルインタフェース)であり得る。他の実施形態では、出力インタフェース524は、アナログ出力信号を提供するように構成される。   Still referring to FIG. 5, the controller 502 is shown to include a communication interface 530, an input interface 526, and an output interface 524. Interfaces 530 and 524, 526 may include any number of jacks, wire terminals, wire ports, wireless antennas, or other communication interfaces for communicating information and / or control signals. Interfaces 530 and 524, 526 may be the same type of device or different types of devices. For example, the input interface 526 can be configured to receive analog feedback signals (eg, output variables, measurement signals, sensor outputs, control variables) from the plant 504, and the communication interface 530 can be monitored via the network 534. A digital setpoint signal may be configured to be received from controller 532. The output interface 524 may be a digital output (eg, an optical digital interface) configured to provide digital control signals (eg, manipulated variables, control inputs) to the plant 504. In other embodiments, the output interface 524 is configured to provide an analog output signal.

いくつかの実施形態では、インタフェース530および524、526は、3つの別個のインタフェースというよりむしろ、1つまたは2つのインタフェースとして接合することができる。例えば、通信インタフェース530および入力インタフェース526は、監視コントローラ532からネットワーク通信を受信するように構成された1つのイーサネット(登録商標)インタフェースとして組み合わせることができる。いくつかの実施形態では、監視コントローラ532は、イーサネットネットワーク(例えば、ネットワーク534)を介してセットポイントとフィードバックの両方を提供する。そのような実施形態では、出力インタフェース524は、プラント504の制御コンポーネント専用であり得る。他の実施形態では、出力インタフェース524は、データまたは制御信号を伝達するための別の標準化された通信インタフェースであり得る。インタフェース530および524、526は、本明細書で説明される信号の通信を提供または促進するように構成された通信電子機器(例えば、受信機、送信機、トランシーバ、変調器、復調器、フィルタ、通信プロセッサ、通信論理モジュール、バッファ、デコーダ、エンコーダ、エンクリプタ、増幅器など)を含み得る。   In some embodiments, interfaces 530 and 524, 526 can be joined as one or two interfaces rather than as three separate interfaces. For example, the communication interface 530 and the input interface 526 can be combined as one Ethernet interface configured to receive network communications from the supervisory controller 532. In some embodiments, the monitoring controller 532 provides both setpoints and feedback over an Ethernet network (eg, network 534). In such embodiments, output interface 524 may be dedicated to the control component of plant 504. In other embodiments, output interface 524 may be another standardized communication interface for communicating data or control signals. Interfaces 530 and 524, 526 are communication electronics (eg, receivers, transmitters, transceivers, modulators, demodulators, filters, filters, etc.) configured to provide or facilitate communication of the signals described herein. Communication processor, communication logic module, buffer, decoder, encoder, encryptor, amplifier, etc.).

依然として図5を参照すると、コントローラ502は、プロセッサ540とメモリ542とを有する処理回路538を含むように示されている。プロセッサ540は、一般用途もしくは特殊用途プロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)、1つもしくは複数のフィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、処理コンポーネントのグループ、または、他の適切な処理コンポーネントであり得る。プロセッサ540は、メモリ542に格納されているかまたは他のコンピュータ可読媒体(例えば、CDROM、ネットワークストレージ、リモートサーバなど)から受信されるコンピュータコードまたは命令を実行するように構成される。   Still referring to FIG. 5, the controller 502 is shown to include a processing circuit 538 having a processor 540 and a memory 542. The processor 540 may be a general purpose or special purpose processor, application specific integrated circuit (ASIC), one or more field programmable gate arrays (FPGAs), a group of processing components, or other suitable processing components. The processor 540 is configured to execute computer code or instructions stored in the memory 542 or received from other computer readable media (eg, CDROM, network storage, remote server, etc.).

メモリ542は、本開示で説明される様々なプロセスを完了および/または促進するためのデータおよび/またはコンピュータコードを格納するための1つまたは複数のデバイス(例えば、メモリユニット、メモリデバイス、記憶装置など)を含み得る。メモリ542は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、読み取り専用メモリ(ROM)、ハードドライブストレージ、一時記憶装置、不揮発性メモリ、フラッシュメモリ、光メモリ、あるいは、ソフトウェアオブジェクトおよび/またはコンピュータ命令を格納するための他の任意の適切なメモリを含み得る。メモリ542は、データベースコンポーネント、オブジェクトコードコンポーネント、スクリプトコンポーネント、または、他の任意のタイプの様々な活動をサポートするための情報構造および本開示で説明される情報構造を含み得る。メモリ542は、処理回路538を介してプロセッサ540に通信可能に接続することができ、本明細書で説明される1つまたは複数のプロセスを実行する(例えば、プロセッサ540によって)ためのコンピュータコードを含み得る。   Memory 542 may include one or more devices (eg, memory units, memory devices, storage devices) for storing data and / or computer code for completing and / or facilitating various processes described in this disclosure. Etc.). Memory 542 may be random access memory (RAM), read only memory (ROM), hard drive storage, temporary storage, non-volatile memory, flash memory, optical memory, or other for storing software objects and / or computer instructions. Any suitable memory may be included. Memory 542 may include database components, object code components, script components, or information structures to support any other type of various activities and the information structures described in this disclosure. Memory 542 can be communicatively coupled to processor 540 via processing circuitry 538 and stores computer code for executing (eg, by processor 540) one or more processes described herein. May be included.

依然として図5を参照すると、極値探索コントローラ502は、入力インタフェース526を介して性能変数yを受信し、コントローラ502内の制御ループ505に性能変数yを提供するように示されている。制御ループ505は、再帰的勾配推定器506、フィードバックコントローラ508および励起信号要素510を含むように示されている。制御ループ505は、制御入力uに対する性能変数yの勾配

Figure 2018071963
を決定し、制御入力uのDC値(すなわち、変数w)を調整して勾配
Figure 2018071963
をゼロに至らせるように構成することができる。 Still referring to FIG. 5, the extreme value search controller 502 is shown to receive the performance variable y via the input interface 526 and provide the performance variable y to the control loop 505 in the controller 502. The control loop 505 is shown to include a recursive gradient estimator 506, a feedback controller 508, and an excitation signal element 510. The control loop 505 is the slope of the performance variable y with respect to the control input u
Figure 2018071963
And adjust the DC value of the control input u (ie, the variable w) to adjust the slope
Figure 2018071963
Can be configured to reach zero.

再帰的勾配推定
再帰的勾配推定器506は、制御入力uに対する性能変数yの勾配

Figure 2018071963
を推定するように構成することができる。勾配
Figure 2018071963
は、ESCシステム400において決定される性能勾配pと同様のものであり得る。しかし、ESCシステム500とESCシステム400の根本的な違いは、勾配
Figure 2018071963
が得られる方法である。ESCシステム400では、性能勾配pは、共分散推定に類似した図4を参照して説明されるディザ復調技法を介して得られる。反対に、ESCシステム500における勾配
Figure 2018071963
は、制御入力uに対する性能変数yの傾きを推定するための再帰的回帰技法を実行することによって得られる。再帰的推定技法は、再帰的勾配推定器506によって実行することができる。 Recursive gradient estimation Recursive gradient estimator 506 is the gradient of performance variable y with respect to control input u.
Figure 2018071963
Can be configured to estimate. Slope
Figure 2018071963
May be similar to the performance gradient p determined in the ESC system 400. However, the fundamental difference between ESC system 500 and ESC system 400 is the gradient
Figure 2018071963
Is a method that can be obtained. In the ESC system 400, the performance gradient p is obtained via a dither demodulation technique described with reference to FIG. 4 similar to covariance estimation. Conversely, the gradient in the ESC system 500
Figure 2018071963
Is obtained by performing a recursive regression technique to estimate the slope of the performance variable y with respect to the control input u. The recursive estimation technique can be performed by a recursive gradient estimator 506.

再帰的勾配推定器506は、勾配

Figure 2018071963
を推定するために、様々な再帰的推定技法のいずれも使用することができる。例えば、再帰的勾配推定器506は、再帰的最小二乗(RLS)推定技法を使用して、勾配
Figure 2018071963
の推定を生成することができる。いくつかの実施形態では、再帰的勾配推定器506は、RLS推定技法の一部として指数忘却を使用する。指数忘却は、バッチ処理と比べてデータ格納に必要な量を低減する。また、指数忘却は、RLS推定技法が最近のデータに対してより感度が高い状態ひいては最適点のシフトに対してより感応度が高い状態のままでいられるようにすることもできる。再帰的勾配推定器506によって実行することができるRLS推定技法の例は、以下で詳細に説明する。 The recursive gradient estimator 506
Figure 2018071963
Any of a variety of recursive estimation techniques can be used to estimate. For example, the recursive gradient estimator 506 uses a recursive least square (RLS) estimation technique to determine the gradient.
Figure 2018071963
Can be generated. In some embodiments, the recursive gradient estimator 506 uses exponential forgetting as part of the RLS estimation technique. Exponential forgetting reduces the amount required to store data compared to batch processing. Exponential forgetting can also allow the RLS estimation technique to remain more sensitive to recent data and thus more sensitive to optimal point shifts. Examples of RLS estimation techniques that can be performed by the recursive gradient estimator 506 are described in detail below.

再帰的勾配推定器506は、プラント504から性能変数yを受信し、励起信号要素510から制御入力uを受信するように示されている。いくつかの実施形態では、再帰的勾配推定器506は、ある時間にわたって性能変数yおよび制御入力uの複数のサンプルまたは測定値を受信する。再帰的勾配推定器506は、以下の方程式に示されるように、時間kにおける制御入力uのサンプルを使用して、入力ベクトルxを構築することができる。

Figure 2018071963
式中、uは、時間kにおける制御入力uの値である。同様に、再帰的勾配推定器506は、以下の方程式に示されるように、パラメータベクトル
Figure 2018071963
を構築することができる。
Figure 2018071963
式中、パラメータ
Figure 2018071963
は、時間kにおける勾配
Figure 2018071963
の推定である。 Recursive gradient estimator 506 is shown to receive performance variable y from plant 504 and control input u from excitation signal element 510. In some embodiments, recursive slope estimator 506 receives multiple samples or measurements of performance variable y and control input u over time. The recursive gradient estimator 506 can construct an input vector x k using a sample of the control input u at time k, as shown in the following equation:
Figure 2018071963
Wherein, u k is the value of the control input u at time k. Similarly, the recursive gradient estimator 506 is a parameter vector as shown in the following equation:
Figure 2018071963
Can be built.
Figure 2018071963
Where the parameter
Figure 2018071963
Is the gradient at time k
Figure 2018071963
Is an estimate.

再帰的勾配推定器506は、以下の線形モデルを使用して、時間kにおける性能変数

Figure 2018071963
を推定することができる。
Figure 2018071963
このモデルの予測誤差は、以下の方程式に示されるように、時間kにおける性能変数の実際の値yと時間kにおける性能変数の推定値
Figure 2018071963
との差である。
Figure 2018071963
The recursive gradient estimator 506 uses the following linear model to perform the performance variable at time k:
Figure 2018071963
Can be estimated.
Figure 2018071963
Predictive error of the model, as shown in the following equation, the estimated value of the performance variables in the actual values y k and time k performance variable at time k
Figure 2018071963
Is the difference.
Figure 2018071963

再帰的勾配推定器506は、RLS技法における推定誤差eを使用して、パラメータ値

Figure 2018071963
を決定することができる。様々なRLS技法のいずれも、様々な実装形態において使用することができる。再帰的勾配推定器506によって実行することができるRLS技法の例は、以下の通りである。
Figure 2018071963
式中、gは、利得ベクトルであり、Pは、共分散行列であり、λは、忘却因子である(λ<1)。いくつかの実施形態では、忘却因子λは、以下の通り定義される。
Figure 2018071963
式中、Δtは、サンプリング周期であり、τは、忘却時定数である。 Recursive gradient estimator 506 uses the estimated error e k in RLS technique, the parameter values
Figure 2018071963
Can be determined. Any of various RLS techniques can be used in various implementations. An example of an RLS technique that can be performed by the recursive gradient estimator 506 is as follows.
Figure 2018071963
Where g k is a gain vector, P k is a covariance matrix, and λ is a forgetting factor (λ <1). In some embodiments, the forgetting factor λ is defined as follows:
Figure 2018071963
In the equation, Δt is a sampling period, and τ is a forgetting time constant.

再帰的勾配推定器506は、gの方程式を使用して、時間k−1における共分散行列の前値Pk−1、時間kにおける入力ベクトル

Figure 2018071963
の値および忘却因子に基づいて、時間kにおける利得ベクトルgを計算することができる。再帰的勾配推定器506は、Pの方程式を使用して、忘却因子λ、時間kにおける利得ベクトルgの値および時間kにおける入力ベクトル
Figure 2018071963
の値に基づいて、時間kにおける共分散行列Pを計算することができる。再帰的勾配推定器506は、
Figure 2018071963
の方程式を使用して、時間kにおける誤差eおよび時間kにおける利得ベクトルgに基づいて、時間kにおけるパラメータベクトル
Figure 2018071963
を計算することができる。パラメータベクトル
Figure 2018071963
が計算された時点で、再帰的勾配推定器506は、以下の方程式に示されるように、
Figure 2018071963
からパラメータ
Figure 2018071963
の値を抽出することによって勾配
Figure 2018071963
の値を決定することができる。
Figure 2018071963
The recursive gradient estimator 506 uses the equation for g k to use the previous value P k−1 of the covariance matrix at time k −1 and the input vector at time k.
Figure 2018071963
Based on the value of and the forgetting factor, the gain vector g k at time k can be calculated. The recursive gradient estimator 506 uses the equation for P k to calculate the forgetting factor λ, the value of the gain vector g k at time k, and the input vector at time k.
Figure 2018071963
The covariance matrix P k at time k can be calculated based on the value of. The recursive gradient estimator 506
Figure 2018071963
Parameter vector at time k based on error e k at time k and gain vector g k at time k
Figure 2018071963
Can be calculated. Parameter vector
Figure 2018071963
When is calculated, the recursive gradient estimator 506, as shown in the following equation:
Figure 2018071963
To parameters
Figure 2018071963
Gradient by extracting the value of
Figure 2018071963
The value of can be determined.
Figure 2018071963

様々な実施形態では、再帰的勾配推定器506は、様々な他の再帰的推定技法のいずれかを使用して、

Figure 2018071963
を推定することができる。例えば、再帰的勾配推定器506は、カルマンフィルタ、正規化勾配技法、非正規化勾配適応技法、再帰的ベイジアン推定技法、または、様々な線形もしくは非線形フィルタのいずれかを使用して、
Figure 2018071963
を推定することができる。他の実施形態では、再帰的勾配推定器506は、再帰的推定技法というよりむしろ、バッチ推定技法を使用することができる。従って、勾配推定器506は、再帰的勾配推定器というよりむしろ、バッチ勾配推定器であり得る。バッチ推定技法では、勾配推定器506は、バッチ回帰アルゴリズムへの入力として制御入力uおよび性能変数yの前値のバッチ(例えば、前値または履歴値のベクトルまたは集合)を使用することができる。適切な回帰アルゴリズムは、例えば、最小二乗回帰、多項式回帰、部分最小二乗回帰、リッジ回帰、主成分回帰、または、様々な線形もしくは非線形回帰技法のいずれかを含み得る。 In various embodiments, the recursive gradient estimator 506 uses any of a variety of other recursive estimation techniques to:
Figure 2018071963
Can be estimated. For example, the recursive gradient estimator 506 uses either a Kalman filter, a normalized gradient technique, a denormalized gradient adaptation technique, a recursive Bayesian estimation technique, or various linear or non-linear filters,
Figure 2018071963
Can be estimated. In other embodiments, the recursive gradient estimator 506 may use a batch estimation technique rather than a recursive estimation technique. Thus, the gradient estimator 506 can be a batch gradient estimator rather than a recursive gradient estimator. In the batch estimation technique, the slope estimator 506 can use a batch of previous values of the control input u and the performance variable y (eg, a vector or set of previous values or history values) as input to the batch regression algorithm. Suitable regression algorithms may include, for example, least square regression, polynomial regression, partial least square regression, ridge regression, principal component regression, or any of a variety of linear or non-linear regression techniques.

いくつかの実施形態では、再帰的勾配推定器506が、再帰的推定技法によって提供されるいくつかの利点により、バッチ推定技法というよりむしろ、再帰的推定技法を使用することが望ましい。例えば、上記で説明される再帰的推定技法(すなわち、指数忘却を伴うRLS)は、バッチ最小二乗と比べて勾配推定技法の性能を大いに改善することが示されている。バッチ処理よりもデータ格納に必要な量が少ないことに加えて、指数忘却を伴うRLS推定技法は、最近のデータに対してより感度が高い状態ひいては最適点のシフトに対してより感応度が高い状態のままでいられる。   In some embodiments, it is desirable for the recursive gradient estimator 506 to use a recursive estimation technique rather than a batch estimation technique due to several advantages provided by the recursive estimation technique. For example, the recursive estimation technique described above (ie, RLS with exponential forgetting) has been shown to greatly improve the performance of the gradient estimation technique compared to batch least squares. In addition to requiring less data storage than batch processing, RLS estimation techniques with exponential forgetting are more sensitive to recent data and thus more sensitive to optimal point shifts. You can stay in the state.

いくつかの実施形態では、再帰的勾配推定器506は、制御入力uと性能変数yとの間の共分散を使用して勾配

Figure 2018071963
を推定する。例えば、最小二乗手法における傾き
Figure 2018071963
の推定は、
Figure 2018071963
と定義することができ、式中、Cov(u,y)は、制御入力uと性能変数yとの間の共分散であり、Var(u)は、制御入力uの分散である。再帰的勾配推定器506は、以前の方程式を使用して、推定傾き
Figure 2018071963
を計算し、勾配
Figure 2018071963
のプロキシとして推定傾き
Figure 2018071963
を使用することができる。とりわけ、推定傾き
Figure 2018071963
は、制御入力uおよび性能変数yのみの関数である。これは、推定性能勾配pがディザ信号vと性能変数yとの間の共分散の関数である、図4を参照して説明される共分散微分技法とは異なる。ディザ信号vを制御入力uに置換することにより、コントローラ502は、ディザ信号v(図4に示される)または励起信号q(図5に示される)の知識なしで、傾き
Figure 2018071963
の推定を生成することができる。 In some embodiments, the recursive gradient estimator 506 uses the covariance between the control input u and the performance variable y to gradient.
Figure 2018071963
Is estimated. For example, the slope in the least squares method
Figure 2018071963
Is an estimate of
Figure 2018071963
Where Cov (u, y) is the covariance between the control input u and the performance variable y, and Var (u) is the variance of the control input u. The recursive gradient estimator 506 uses the previous equation to calculate the estimated slope
Figure 2018071963
Calculate the slope
Figure 2018071963
The estimated slope as a proxy for
Figure 2018071963
Can be used. Above all, the estimated slope
Figure 2018071963
Is a function of only the control input u and the performance variable y. This is different from the covariance derivative technique described with reference to FIG. 4, where the estimated performance gradient p is a function of the covariance between the dither signal v and the performance variable y. By substituting the dither signal v with the control input u, the controller 502 can tilt without knowledge of the dither signal v (shown in FIG. 4) or the excitation signal q (shown in FIG. 5).
Figure 2018071963
Can be generated.

いくつかの実施形態では、再帰的勾配推定器506は、線形モデルというよりむしろ、高次モデル(例えば、二次曲線モデル、三次曲線モデルなど)を使用して、性能変数

Figure 2018071963
を推定する。例えば、再帰的勾配推定器506は、以下の二次曲線モデルを使用して、時間kにおける性能変数
Figure 2018071963
を推定することができる。
Figure 2018071963
二次曲線モデルは、以下の通り、入力ベクトルxおよびパラメータベクトル
Figure 2018071963
を更新することによって
Figure 2018071963
の形態で記載することができる。
Figure 2018071963
In some embodiments, the recursive slope estimator 506 uses a higher order model (eg, a quadratic curve model, a cubic curve model, etc.) rather than a linear model to perform the performance variable.
Figure 2018071963
Is estimated. For example, the recursive slope estimator 506 uses the following quadratic curve model to perform a performance variable at time k:
Figure 2018071963
Can be estimated.
Figure 2018071963
The quadratic curve model is as follows: input vector x k and parameter vector
Figure 2018071963
By updating
Figure 2018071963
It can be described in the form of
Figure 2018071963

再帰的勾配推定器506は、様々な時間kにおける制御入力uおよび性能変数yの組合せによって定義されたデータポイントに二次曲線(直線というよりむしろ)を合わせるために、二次曲線モデルを使用することができる。二次曲線モデルは、線形モデルでは提供されない二次情報を提供し、フィードバックコントローラ508の収束を改善するために使用することができる。例えば、線形モデルでは、再帰的勾配推定器506は、曲線に沿った特定の場所における(すなわち、制御入力uの特定の値に対する)勾配

Figure 2018071963
を計算し、フィードバック信号として勾配
Figure 2018071963
を提供することができる。
Figure 2018071963
を推定するために線形モデルを使用した実施形態の場合、勾配
Figure 2018071963
(すなわち、uについての線形モデルの導関数)は、スカラ値である。コントローラ508がフィードバック信号として勾配
Figure 2018071963
のスカラ値を受信すると、コントローラ508は、制御入力uの最適値(すなわち、勾配
Figure 2018071963
をもたらす制御入力uの値)に達するまで、勾配
Figure 2018071963
をゼロに至らせる方向に制御入力uの値を漸増調整することができる。 Recursive slope estimator 506 uses a quadratic curve model to fit a quadratic curve (rather than a straight line) to the data points defined by the combination of control input u and performance variable y at various times k. be able to. The quadratic curve model provides quadratic information not provided by the linear model and can be used to improve the convergence of the feedback controller 508. For example, in a linear model, the recursive slope estimator 506 is the slope at a particular location along the curve (ie, for a particular value of the control input u).
Figure 2018071963
Calculate the gradient as a feedback signal
Figure 2018071963
Can be provided.
Figure 2018071963
For embodiments that use a linear model to estimate
Figure 2018071963
(Ie, the derivative of the linear model with respect to u) is a scalar value. Controller 508 provides gradient as feedback signal
Figure 2018071963
Controller 508 receives the optimal value of control input u (ie, the slope).
Figure 2018071963
Until the value of the control input u) is reached
Figure 2018071963
The value of the control input u can be gradually increased and adjusted so as to bring the value to zero.

二次曲線モデルでは、再帰的勾配推定器506は、単純なスカラ値というよりむしろ勾配

Figure 2018071963
の関数をフィードバックコントローラ508に提供することができる。
Figure 2018071963
を推定するために二次曲線モデルを使用した実施形態の場合、勾配
Figure 2018071963
(すなわち、uについての二次曲線モデルの導関数)は、制御入力uの線形関数であり、例えば、
Figure 2018071963
である。コントローラ508がフィードバック信号として勾配
Figure 2018071963
の線形関数を受信すると、コントローラ508は、勾配
Figure 2018071963
をもたらす制御入力uの最適値、例えば、
Figure 2018071963
を解析的に計算することができる。それに従って、コントローラ508は、勾配
Figure 2018071963
がゼロに近づいているかどうかを判断するための漸増調整および実験に頼ることなく、最適値に急速に近づくスマートステップを使用して、制御入力uを調整することができる。 In a quadratic curve model, the recursive slope estimator 506 uses a slope rather than a simple scalar value.
Figure 2018071963
Can be provided to the feedback controller 508.
Figure 2018071963
For embodiments that use a quadratic curve model to estimate
Figure 2018071963
(Ie, the derivative of the quadratic curve model with respect to u) is a linear function of the control input u, eg
Figure 2018071963
It is. Controller 508 provides gradient as feedback signal
Figure 2018071963
Controller 508 receives the linear function of
Figure 2018071963
The optimal value of the control input u that yields
Figure 2018071963
Can be calculated analytically. Accordingly, the controller 508 determines the slope
Figure 2018071963
The control input u can be adjusted using a smart step that rapidly approaches the optimal value without resorting to incremental adjustments and experiments to determine if is approaching zero.

確率論的励起信号
依然として図5を参照すると、極値探索コントローラ502は、確率論的信号ジェネレータ512および積分器514を含むように示されている。勾配

Figure 2018071963
を確実に推定するため、性能変数yを成し遂げる制御入力uの十分な変動を提供することが望ましい場合がある。コントローラ502は、確率論的信号ジェネレータ512および積分器514を使用して、持続的な励起信号qを生成することができる。励起信号qは、制御入力uを形成するために、励起信号要素510において制御入力uのDC値wに加えることができる(例えば、u=w+q)。 Probabilistic Excitation Signal Still referring to FIG. 5, the extreme value search controller 502 is shown to include a stochastic signal generator 512 and an integrator 514. Slope
Figure 2018071963
It may be desirable to provide sufficient variation of the control input u to achieve the performance variable y in order to reliably estimate. The controller 502 can use the stochastic signal generator 512 and the integrator 514 to generate a continuous excitation signal q. The excitation signal q can be added to the DC value w of the control input u at the excitation signal element 510 to form the control input u (eg, u = w + q).

確率論的信号ジェネレータ512は、確率論的信号を生成するように構成することができる。様々な実施形態では、確率論的信号は、ランダム信号(例えば、ランダムウォーク信号、白色雑音信号など)、非周期的信号、予測不可能な信号、外乱信号、または、他の任意のタイプの非決定論的もしくは非反復信号であり得る。いくつかの実施形態では、確率論的信号は、非ゼロ平均を有する。確率論的信号は、励起信号qを生成するために積分器514によって積分することができる。   Probabilistic signal generator 512 may be configured to generate a stochastic signal. In various embodiments, the stochastic signal is a random signal (eg, random walk signal, white noise signal, etc.), aperiodic signal, unpredictable signal, disturbance signal, or any other type of non-deterministic. It can be a logical or non-repetitive signal. In some embodiments, the stochastic signal has a non-zero average. The stochastic signal can be integrated by integrator 514 to generate excitation signal q.

励起信号qは、再帰的勾配推定器506によって実行される勾配推定技法に対して十分な制御入力uの変動を提供することができる。いくつかの実例では、励起信号qの加算により、制御入力uは、その最適値から遠ざかってゆく。しかし、フィードバックコントローラ508は、制御入力uがその最適値に絶えず引き戻されるようにDC値wを調整することによって、そのようなドリフトを補償することができる。従来のESCと同様に、励起信号qの大きさは、性能変数yに見られる付加雑音(例えば、プロセス雑音、測定雑音など)を克服するように選択することができる(例えば、ユーザによって手動でまたはコントローラ502によって自動的に)。   Excitation signal q may provide sufficient variation of control input u for the gradient estimation technique performed by recursive gradient estimator 506. In some instances, the addition of the excitation signal q causes the control input u to move away from its optimal value. However, the feedback controller 508 can compensate for such drift by adjusting the DC value w so that the control input u is constantly pulled back to its optimal value. As with conventional ESCs, the magnitude of the excitation signal q can be selected (eg, manually by the user, eg, to overcome the additive noise (eg, process noise, measurement noise, etc.) found in the performance variable y. Or automatically by controller 502).

極値探索コントローラ502によって生成される確率論的励起信号qは、コントローラ402によって生成される周期的ディザ信号vよりもいくつかの利点を有する。例えば、確率論的励起信号qは、従来の周期的ディザ信号vほど認知できない。従って、制御入力uに対する確率論的励起信号qの効果は、従来の周期的ディザ信号vによって生じる周期的振動ほど顕著ではない。確率論的励起信号qによって励起された制御入力uおよび結果として得られる性能変数yを示すグラフは、図7A、7Bに示されている(以下でさらに詳細に説明する)。   The stochastic excitation signal q generated by the extreme value search controller 502 has several advantages over the periodic dither signal v generated by the controller 402. For example, the stochastic excitation signal q is not as perceptible as the conventional periodic dither signal v. Therefore, the effect of the stochastic excitation signal q on the control input u is not as pronounced as the periodic oscillation caused by the conventional periodic dither signal v. Graphs showing the control input u excited by the stochastic excitation signal q and the resulting performance variable y are shown in FIGS. 7A and 7B (discussed in more detail below).

確率論的励起信号qの別の利点は、ディザ周波数ωがもはや必須パラメータではないため、コントローラ502の調整がより簡単であることである。それに従って、コントローラ502は、確率論的励起信号qを生成する際にプラント504の固有周波数を知る必要も、推定する必要もない。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、複数の制御入力uをプラント504に提供する。制御入力の各々は、別個の確率論的励起信号qによって励起することができる。確率論的励起信号qの各々はランダムであるため、確率論的励起信号qが互いに相関しないことを保証する必要はない。コントローラ502は、周波数特有のディザ復調技法を実行することなく、制御入力uの各々に対する性能変数yの勾配

Figure 2018071963
を計算することができる。 Another advantage of the stochastic excitation signal q is that the controller 502 is easier to tune because the dither frequency ω v is no longer a required parameter. Accordingly, the controller 502 need not know or estimate the natural frequency of the plant 504 in generating the stochastic excitation signal q. In some embodiments, the extreme value search controller 502 provides a plurality of control inputs u to the plant 504. Each of the control inputs can be excited by a separate stochastic excitation signal q. Since each of the stochastic excitation signals q is random, there is no need to ensure that the stochastic excitation signals q do not correlate with each other. Controller 502 performs the gradient of performance variable y for each of control inputs u without performing frequency-specific dither demodulation techniques.
Figure 2018071963
Can be calculated.

相関係数
従来のESCにおける問題の1つは、性能勾配

Figure 2018071963
が性能変数yの範囲またはスケールの関数であることである。性能変数yの範囲またはスケールは、プラント504の静的および動的コンポーネントに依存し得る。例えば、プラント504は、定利得K(すなわち、定利得ブロック518)と直列接続された非線形関数f(u)(すなわち、関数ブロック516)を含むように示されている。この表現から、性能変数yの範囲またはスケールは定利得Kの関数であることが明白である。 Correlation coefficient One of the problems in conventional ESC is the performance gradient
Figure 2018071963
Is a function of the range or scale of the performance variable y. The range or scale of the performance variable y may depend on the static and dynamic components of the plant 504. For example, plant 504 is shown to include a non-linear function f (u) (ie, function block 516) connected in series with a constant gain K (ie, constant gain block 518). From this representation it is clear that the range or scale of the performance variable y is a function of the constant gain K.

性能勾配

Figure 2018071963
の値は、非線形関数f(u)によって提供される非線形性により、制御入力uの値に基づいて異なり得る。しかし、性能勾配
Figure 2018071963
のスケールは、定利得Kの値にも依存する。例えば、性能勾配
Figure 2018071963
は、以下の方程式を使用して決定することができる。
Figure 2018071963
式中、Kは、定利得であり、f’(u)は、関数f(u)の導関数である。一貫したフィードバック制御ループ性能を提供するために、性能勾配
Figure 2018071963
をスケーリングまたは正規化することが望ましい場合がある(例えば、スケーリングパラメータκを乗じることによって)。しかし、性能変数yのスケールの知識なしでは(例えば、プラント504によって適用される定利得Kを知らなければ)、スケーリングパラメータκの適切な値を決定することは苦労を伴うものであり得る。 Performance gradient
Figure 2018071963
The value of may vary based on the value of the control input u due to the non-linearity provided by the non-linear function f (u). But performance gradient
Figure 2018071963
This scale also depends on the value of the constant gain K. For example, performance gradient
Figure 2018071963
Can be determined using the following equation:
Figure 2018071963
In the equation, K is a constant gain, and f ′ (u) is a derivative of the function f (u). Performance gradients to provide consistent feedback control loop performance
Figure 2018071963
It may be desirable to scale or normalize (eg, by multiplying by the scaling parameter κ). However, without knowledge of the scale of the performance variable y (eg, without knowing the constant gain K applied by the plant 504), determining an appropriate value for the scaling parameter κ can be laborious.

依然として図5を参照すると、極値探索コントローラ502は、相関係数推定器528を含むように示されている。相関係数推定器528は、相関係数ρを生成し、相関係数ρをフィードバックコントローラ508に提供するように構成することができる。相関係数ρは、性能勾配

Figure 2018071963
と関連付ける(例えば、
Figure 2018071963
に比例する)ことができるが、性能変数yの範囲に基づいてスケーリングされる。例えば、相関係数ρは、性能勾配
Figure 2018071963
の正規化尺度であり得る(例えば、範囲0≦ρ≦1にスケーリングされる)。 Still referring to FIG. 5, the extreme value search controller 502 is shown to include a correlation coefficient estimator 528. Correlation coefficient estimator 528 may be configured to generate correlation coefficient ρ and provide correlation coefficient ρ to feedback controller 508. The correlation coefficient ρ is the performance gradient
Figure 2018071963
Associated with (for example,
Figure 2018071963
Scaled based on the range of performance variable y. For example, the correlation coefficient ρ is the performance gradient
Figure 2018071963
(For example, scaled to the range 0 ≦ ρ ≦ 1).

相関係数推定器528は、制御入力uおよび性能変数yを入力として受信するように示されている。相関係数推定器528は、以下の方程式に示されるように、制御入力uおよび性能変数yの分散および共分散に基づいて相関係数ρを生成することができる。

Figure 2018071963
式中、Cov(u,y)は、制御入力uと性能変数yとの間の共分散であり、Var(u)は、制御入力uの分散であり、Var(y)は、性能変数yの分散である。以前の方程式は、制御入力uの標準偏差σおよび性能変数yの標準偏差σの観点から以下の通り記載しなおすことができる。
Figure 2018071963
式中、
Figure 2018071963
である。 Correlation coefficient estimator 528 is shown to receive control input u and performance variable y as inputs. Correlation coefficient estimator 528 can generate correlation coefficient ρ based on the variance and covariance of control input u and performance variable y, as shown in the following equation:
Figure 2018071963
Where Cov (u, y) is the covariance between the control input u and the performance variable y, Var (u) is the variance of the control input u, and Var (y) is the performance variable y Is the dispersion of. Previous equation can be re-described as follows in terms of the standard deviation sigma y of the standard deviation sigma u and performance variable y of the control input u.
Figure 2018071963
Where
Figure 2018071963
It is.

いくつかの実施形態では、相関係数推定器528は、再帰的推定技法を使用して相関係数ρを推定する。例えば、相関係数推定器528は、以下の方程式を使用して、制御入力uおよび性能変数yの指数加重移動平均(EWMA)を計算することができる。

Figure 2018071963
式中、
Figure 2018071963
は、時間kにおける制御入力uおよび性能変数yのEWMAであり、
Figure 2018071963
は、時間k−1における制御入力uおよび性能変数yの以前のEWMAであり、uおよびyは、時間kにおける制御入力uおよび性能変数yの現行値であり、kは、各変数の収集されたサンプルの総数であり、Wは、忘却窓の持続時間である。 In some embodiments, correlation coefficient estimator 528 estimates correlation coefficient ρ using a recursive estimation technique. For example, correlation coefficient estimator 528 may calculate an exponential weighted moving average (EWMA) of control input u and performance variable y using the following equation:
Figure 2018071963
Where
Figure 2018071963
Is the EWMA of control input u and performance variable y at time k,
Figure 2018071963
Is the previous EWMA of the control input u and performance variable y at time k−1, u k and y k are the current values of the control input u and performance variable y at time k, and k is for each variable The total number of samples collected, W is the duration of the forgetting window.

同様に、相関係数推定器528は、以下の方程式を使用して、制御入力分散Var(u)、性能変数分散Var(y)および共分散Cov(u,y)のEWMAを計算することができる。

Figure 2018071963
式中、Vu,k、Vy,kおよびcはそれぞれ、時間kにおける制御入力分散Var(u)、性能変数分散Var(y)および共分散Cov(u,y)のEWMAである。Vu,k−1、Vy,k−1およびck−1はそれぞれ、時間k−1における制御入力分散Var(u)、性能変数分散Var(y)および共分散Cov(u,y)のEWMAである。相関係数推定器528は、以下の方程式を使用して、これらの再帰的推定に基づいて相関係数ρの推定を生成することができる。
Figure 2018071963
Similarly, correlation coefficient estimator 528 may calculate EWMA for control input variance Var (u), performance variable variance Var (y) and covariance Cov (u, y) using the following equations: it can.
Figure 2018071963
Where V u, k , V y, k and c k are the EWMA of control input variance Var (u), performance variable variance Var (y) and covariance Cov (u, y) at time k, respectively. V u, k−1 , V y, k−1 and c k−1 are the control input variance Var (u), performance variable variance Var (y) and covariance Cov (u, y) at time k−1, respectively. EWMA. Correlation coefficient estimator 528 can generate an estimate of correlation coefficient ρ based on these recursive estimates using the following equation:
Figure 2018071963

いくつかの実施形態では、相関係数推定器528は、推定傾き

Figure 2018071963
に基づいて相関係数ρを生成する。以前に説明されるように、推定傾き
Figure 2018071963
は、以下の方程式を使用して計算することができる。
Figure 2018071963
式中、Cov(u,y)は、制御入力uと性能変数yとの間の共分散であり、Var(u)は、制御入力uの分散であり、すなわち、
Figure 2018071963
である。相関係数推定器528は、以下の方程式を使用して、傾き
Figure 2018071963
から相関係数ρを計算することができる。
Figure 2018071963
以前の方程式から、標準偏差σとσが等しい際(すなわち、σ=σの際)は、相関係数ρと推定傾き
Figure 2018071963
は等しいことが分かる。 In some embodiments, the correlation coefficient estimator 528 includes an estimated slope.
Figure 2018071963
Based on the above, a correlation coefficient ρ is generated. Estimated slope, as previously explained
Figure 2018071963
Can be calculated using the following equation:
Figure 2018071963
Where Cov (u, y) is the covariance between the control input u and the performance variable y, and Var (u) is the variance of the control input u, ie
Figure 2018071963
It is. Correlation coefficient estimator 528 uses the following equation to calculate the slope
Figure 2018071963
The correlation coefficient ρ can be calculated from
Figure 2018071963
From the previous equation, when the standard deviations σ u and σ y are equal (that is, when σ u = σ y ), the correlation coefficient ρ and the estimated slope
Figure 2018071963
Are equal.

相関係数推定器528は、再帰的勾配推定器506から推定傾き

Figure 2018071963
を受信するか、または、制御入力uおよび性能変数yの値の集合を使用して推定傾き
Figure 2018071963
を計算することができる。例えば、uおよびyの有限分散を想定すると、相関係数推定器528は、以下の最小二乗推定を使用して、傾き
Figure 2018071963
を推定することができる。
Figure 2018071963
Correlation coefficient estimator 528 calculates the estimated slope from recursive gradient estimator 506.
Figure 2018071963
Or estimated slope using a set of values of control input u and performance variable y
Figure 2018071963
Can be calculated. For example, assuming a finite variance of u and y, the correlation coefficient estimator 528 uses the following least squares estimation to
Figure 2018071963
Can be estimated.
Figure 2018071963

制御入力uの小さな範囲の場合、推定傾き

Figure 2018071963
は、以下の方程式に示されるように、性能勾配のプロキシとして使用することができる。
Figure 2018071963
以前の方程式に示されるように、推定傾き
Figure 2018071963
は定利得Kを含み、定利得Kは未知数であり得る。しかし、標準偏差σおよびσによって提供される正規化は、定利得Kの効果を無効にする。例えば、性能変数yの標準偏差σは、以下の方程式に示されるように、制御入力uの標準偏差σと関連付けられる。
Figure 2018071963
In case of small range of control input u, estimated slope
Figure 2018071963
Can be used as a proxy for performance gradient, as shown in the equation below.
Figure 2018071963
Estimated slope, as shown in the previous equation
Figure 2018071963
Includes a constant gain K, which may be an unknown. However, the normalization provided by the standard deviations σ u and σ y negates the effect of the constant gain K. For example, a standard deviation sigma y of the performance variables y, as shown in the following equation, is associated with the standard deviation sigma u of the control input u.
Figure 2018071963

相関係数ρを計算するために推定傾き

Figure 2018071963
に比率
Figure 2018071963
を乗じることは、定利得Kで除することに等しい。相関係数ρおよび推定傾き
Figure 2018071963
は両方とも、制御入力uと性能変数yとの関係の強さを示す。しかし、相関係数ρは、正規化されているという利点を有し、それにより、フィードバック制御ループの調整がはるかに簡単になる。 Estimated slope to calculate correlation coefficient ρ
Figure 2018071963
To ratio
Figure 2018071963
Multiplication is equivalent to dividing by a constant gain K. Correlation coefficient ρ and estimated slope
Figure 2018071963
Both indicate the strength of the relationship between the control input u and the performance variable y. However, the correlation coefficient ρ has the advantage of being normalized, which makes the adjustment of the feedback control loop much easier.

いくつかの実施形態では、相関係数ρは、性能勾配

Figure 2018071963
の代わりに、フィードバックコントローラ508によって使用される。例えば、フィードバックコントローラ508は、相関係数ρをゼロに至らせるために、制御入力uのDC値wを調整することができる。性能勾配
Figure 2018071963
の代わりに相関係数ρを使用する利点の1つは、フィードバックコントローラ508によって使用される調整パラメータが、性能変数yのスケールに基づいてカスタマイズまたは調整する必要のない調整パラメータの一般集合であり得ることである。この利点により、フィードバックコントローラ508に対する制御ループ特有の調整を実行する必要性が排除され、フィードバックコントローラ508は、多くの異なる制御ループおよび/またはプラントにわたって適用可能な調整パラメータの一般集合を使用できるようになる。 In some embodiments, the correlation coefficient ρ is a performance gradient.
Figure 2018071963
Is used by the feedback controller 508 instead. For example, the feedback controller 508 can adjust the DC value w of the control input u to bring the correlation coefficient ρ to zero. Performance gradient
Figure 2018071963
One advantage of using the correlation coefficient ρ instead of is that the tuning parameters used by the feedback controller 508 may be a general set of tuning parameters that do not need to be customized or adjusted based on the scale of the performance variable y. That is. This advantage eliminates the need to perform control loop specific adjustments to the feedback controller 508 so that the feedback controller 508 can use a general set of adjustment parameters applicable across many different control loops and / or plants. Become.

グラフの例
ここで図6A〜7Bを参照すると、いくつかの実施形態による、極値探索コントローラ402と極値探索コントローラ502の性能を比較するいくつかのグラフ600〜750が示されている。コントローラ402および502は、最適な制御入力値u=2および最適な性能変数y=−10を有する動的システムを制御するために使用された。コントローラ402と502は両方とも、u=4の値で始まり、図4、5を参照して説明される極値探索制御技法を使用して制御入力uの値の調整が可能であった。コントローラ402は周期的ディザ信号vを使用し、コントローラ502は確率論的励起信号qを使用する。
Example Graphs Referring now to FIGS. 6A-7B, there are shown several graphs 600-750 comparing the performance of extreme search controller 402 and extreme search controller 502, according to some embodiments. Controllers 402 and 502 were used to control a dynamic system with optimal control input value u = 2 and optimal performance variable y = −10. Both controllers 402 and 502 started with a value of u = 4 and were able to adjust the value of the control input u using the extreme value search control technique described with reference to FIGS. Controller 402 uses periodic dither signal v, and controller 502 uses stochastic excitation signal q.

特に図6A、6Bを参照すると、グラフ600および650は、図4を参照して説明されるように、極値探索コントローラ402の性能を示している。コントローラ402は、周期的ディザ信号vを使用して、制御入力uに摂動を与える。グラフ600は、様々なサンプル時間における制御入力uの値を示し、グラフ650は、対応する性能変数yの値を示す。制御入力uは、u=4の値で始まり、周期的(すなわち、正弦波)ディザ信号vを使用して摂動が与えられる。周期的ディザ信号vによって生じた振動摂動は、制御入力uと性能変数yの両方において見られる。   With particular reference to FIGS. 6A and 6B, graphs 600 and 650 illustrate the performance of the extreme value search controller 402, as described with reference to FIG. The controller 402 uses the periodic dither signal v to perturb the control input u. Graph 600 shows the value of control input u at various sample times, and graph 650 shows the value of the corresponding performance variable y. The control input u starts with a value of u = 4 and is perturbed using a periodic (ie sine wave) dither signal v. The vibrational perturbations caused by the periodic dither signal v are seen both at the control input u and the performance variable y.

特に図7A、7Bを参照すると、グラフ700および750は、図5を参照して説明されるように、極値探索コントローラ502の性能を示している。コントローラ502は、確率論的励起信号qを使用して、制御入力uに摂動を与える。グラフ700は、様々なサンプル時間における制御入力uの値を示し、グラフ750は、対応する性能変数yの値を示す。制御入力uは、u=4の値で始まり、確率論的励起信号qを使用して摂動が与えられる。確率論的励起信号qは、ランダムウォークを制御入力uに適用する。しかし、確率論的励起信号qは非周期的な有効小振幅であるため、確率論的励起信号qによって生じる摂動は、グラフ700および750において辛うじて認識することができる。それに加えて、グラフ700の制御入力uは、グラフ600の制御入力より速く最適値に達している。   With particular reference to FIGS. 7A and 7B, graphs 700 and 750 illustrate the performance of the extreme value search controller 502, as described with reference to FIG. The controller 502 perturbs the control input u using the stochastic excitation signal q. Graph 700 shows the value of control input u at various sample times, and graph 750 shows the value of the corresponding performance variable y. The control input u starts with a value of u = 4 and is perturbed using the stochastic excitation signal q. The stochastic excitation signal q applies a random walk to the control input u. However, since the stochastic excitation signal q has a non-periodic effective small amplitude, the perturbations caused by the stochastic excitation signal q can be barely recognized in the graphs 700 and 750. In addition, the control input u of the graph 700 reaches the optimum value faster than the control input of the graph 600.

極値探索制御技法
ここで図8を参照すると、いくつかの実施形態による、極値探索制御(ESC)技法を示すフロー図800が示されている。フロー図800に示されるESC技法は、プラント(例えば、プラント504)をモニタして制御するために、フィードバックコントローラ(例えば、コントローラ502)の1つまたは複数のコンポーネントによって実行することができる。例えば、コントローラ502は、ESC技法を使用して、確率論的励起信号qを用いて制御入力uに摂動を与えることによって、プラント504に提供される制御入力uの最適値を決定することができる。
Extreme Value Search Control Technique Referring now to FIG. 8, a flow diagram 800 illustrating an extreme value search control (ESC) technique is shown, according to some embodiments. The ESC technique shown in flow diagram 800 may be performed by one or more components of a feedback controller (eg, controller 502) to monitor and control a plant (eg, plant 504). For example, the controller 502 can use ESC techniques to determine the optimal value of the control input u provided to the plant 504 by perturbing the control input u with the stochastic excitation signal q. .

フロー図800は、プラントに制御入力uを提供すること(ブロック802)と、プラントからフィードバックとして性能変数yを受信すること(ブロック804)とを含むように示されている。制御入力uは、極値探索コントローラおよび/またはフィードバックコントローラによってプラントに提供することができる。コントローラは、以前に説明されるコントローラ(例えば、コントローラ302、コントローラ402、コントローラ502など)のいずれかでも、プラントに制御入力uを提供する他の任意のタイプのコントローラでもよい。いくつかの実施形態では、コントローラは、制御入力uを調整することによって性能変数yの最適値を達成するように構成された極値探索コントローラである。最適値は、性能変数yの極値(例えば、最大または最小)であり得る。   Flow diagram 800 is shown to include providing control input u to the plant (block 802) and receiving performance variable y as feedback from the plant (block 804). The control input u can be provided to the plant by an extreme value search controller and / or a feedback controller. The controller may be any of the previously described controllers (eg, controller 302, controller 402, controller 502, etc.) or any other type of controller that provides a control input u to the plant. In some embodiments, the controller is an extreme value search controller configured to achieve the optimum value of the performance variable y by adjusting the control input u. The optimal value may be the extreme value (eg, maximum or minimum) of the performance variable y.

制御理論上のプラントは、プロセスと1つまたは複数の機械制御出力との組合せである。プラントは、以前に説明されるプラント(例えば、プラント304、プラント404、プラント504など)のいずれかでも、他の任意の制御可能システムまたはプロセスでもよい。例えば、プラントは、1つまたは複数の機械制御アクチュエータおよび/またはダンパを介して建物空間内の温度を制御するように構成された空気処理ユニットであり得る。様々な実施形態では、プラントは、冷凍機操作プロセス、ダンパ調整プロセス、機械式冷却プロセス、換気プロセス、冷凍プロセス、または、プラントへの制御入力uが性能変数yに影響を与えるように調整される他の任意のプロセスを含み得る。性能変数yは、プラントの1つもしくは複数のセンサによって観察された測定変数(例えば、測定温度、測定電力消費量、測定流量など)、測定もしくは観察値に基づく計算変数(例えば、計算効率、計算電力消費量、計算コストなど)または制御入力uに応答したプラントの性能を示す他の任意のタイプの変数であり得る。   A control theoretical plant is a combination of a process and one or more machine control outputs. The plant can be any of the previously described plants (eg, plant 304, plant 404, plant 504, etc.) or any other controllable system or process. For example, the plant may be an air treatment unit configured to control the temperature in a building space via one or more machine controlled actuators and / or dampers. In various embodiments, the plant is tuned such that the refrigerator operating process, damper adjustment process, mechanical cooling process, ventilation process, refrigeration process, or control input u to the plant affects the performance variable y. Any other process may be included. The performance variable y is a measured variable (eg, measured temperature, measured power consumption, measured flow rate, etc.) observed by one or more sensors in the plant, a calculated variable based on a measured or observed value (eg, calculated efficiency, calculated Power consumption, computational cost, etc.) or any other type of variable that indicates the performance of the plant in response to the control input u.

フロー図800は、制御入力uに対する性能変数yの勾配を推定すること(ブロック806)を含むように示されている。いくつかの実施形態では、勾配は、図4を参照して説明される性能勾配pである。他の実施形態では、勾配は、図5を参照して説明される性能勾配

Figure 2018071963
または推定傾き
Figure 2018071963
であり得る。例えば、勾配は、曲線に沿った特定の場所における(例えば、uの特定の値における)関数y=f(u)によって定義された曲線の傾きまたは微分係数であり得る。勾配は、制御入力uおよび性能変数yの1対または複数対の値を使用して推定することができる。 The flow diagram 800 is shown to include estimating the slope of the performance variable y with respect to the control input u (block 806). In some embodiments, the gradient is the performance gradient p described with reference to FIG. In other embodiments, the gradient is a performance gradient described with reference to FIG.
Figure 2018071963
Or estimated slope
Figure 2018071963
It can be. For example, the slope can be the slope or derivative of the curve defined by the function y = f (u) at a particular location along the curve (eg, at a particular value of u). The slope can be estimated using one or more pairs of values for the control input u and the performance variable y.

いくつかの実施形態では、勾配は、再帰的勾配推定技法を実行することによって推定することができる。再帰的勾配推定技法は、制御入力uの関数として性能変数yのモデルを得ることを含み得る。例えば、勾配は、以下の線形モデルを使用して推定することができる。

Figure 2018071963
式中、xは、入力ベクトルであり、
Figure 2018071963
は、パラメータベクトルである。入力ベクトルxおよびパラメータベクトル
Figure 2018071963
は、以下の通り定義することができる。
Figure 2018071963
式中、uは、時間kにおける制御入力uの値であり、パラメータ
Figure 2018071963
は、時間kにおける勾配
Figure 2018071963
の推定である。 In some embodiments, the gradient can be estimated by performing a recursive gradient estimation technique. The recursive gradient estimation technique may include obtaining a model of the performance variable y as a function of the control input u. For example, the slope can be estimated using the following linear model.
Figure 2018071963
Where x k is the input vector,
Figure 2018071963
Is a parameter vector. Input vector x k and parameter vector
Figure 2018071963
Can be defined as follows:
Figure 2018071963
Where u k is the value of the control input u at time k and the parameter
Figure 2018071963
Is the gradient at time k
Figure 2018071963
Is an estimate.

このモデルの予測誤差は、以下の方程式に示されるように、時間kにおける性能変数の実際の値yと時間kにおける性能変数の推定値

Figure 2018071963
との差である。
Figure 2018071963
推定誤差eは、パラメータ値
Figure 2018071963
を決定するために、再帰的勾配推定技法において使用することができる。様々な回帰技法のいずれも、パラメータベクトル
Figure 2018071963
の値を推定するために使用することができる。 Predictive error of the model, as shown in the following equation, the estimated value of the performance variables in the actual values y k and time k performance variable at time k
Figure 2018071963
Is the difference.
Figure 2018071963
The estimation error ek is the parameter value
Figure 2018071963
Can be used in a recursive gradient estimation technique. All of the various regression techniques use parameter vectors
Figure 2018071963
Can be used to estimate the value of.

いくつかの実施形態では、線形モデルというよりむしろ、高次モデル(例えば、二次曲線モデル、三次曲線モデルなど)を使用して、勾配を推定することができる。例えば、以下の二次曲線モデルを使用して、モデルによって定義された曲線に沿った特定の場所における勾配

Figure 2018071963
を推定することができる。
Figure 2018071963
In some embodiments, rather than a linear model, a higher order model (eg, a quadratic curve model, a cubic curve model, etc.) can be used to estimate the slope. For example, using the following quadratic curve model, the slope at a particular location along the curve defined by the model:
Figure 2018071963
Can be estimated.
Figure 2018071963

いくつかの実施形態では、勾配は、指数忘却を伴う再帰的最小二乗(RLS)推定技法を使用して推定される。様々なRLS技法のいずれも、様々な実装形態において使用することができる。勾配を推定するために実行することができるRLS技法の例は、以下の方程式に示されており、その方程式を解くことによってパラメータベクトル

Figure 2018071963
の値を決定することができる。
Figure 2018071963
式中、gは、利得ベクトルであり、Pは、共分散行列であり、λは、忘却因子である(λ<1)。いくつかの実施形態では、忘却因子λは、以下の通り定義される。
Figure 2018071963
式中、Δtは、サンプリング周期であり、τは、忘却時定数である。パラメータベクトル
Figure 2018071963
を計算した時点で、
Figure 2018071963
からパラメータ
Figure 2018071963
の値を抽出することによって、勾配を推定することができる。 In some embodiments, the slope is estimated using a recursive least square (RLS) estimation technique with exponential forgetting. Any of various RLS techniques can be used in various implementations. An example of an RLS technique that can be performed to estimate the gradient is shown in the following equation, and the parameter vector is solved by solving the equation:
Figure 2018071963
The value of can be determined.
Figure 2018071963
Where g k is a gain vector, P k is a covariance matrix, and λ is a forgetting factor (λ <1). In some embodiments, the forgetting factor λ is defined as follows:
Figure 2018071963
In the equation, Δt is a sampling period, and τ is a forgetting time constant. Parameter vector
Figure 2018071963
When calculating
Figure 2018071963
To parameters
Figure 2018071963
The gradient can be estimated by extracting the value of.

様々な実施形態では、勾配は、様々な他の再帰的推定技法のいずれかを使用して推定することができる。例えば、勾配は、カルマンフィルタ、正規化勾配技法、非正規化勾配適応技法、再帰的ベイジアン推定技法、または、様々な線形もしくは非線形フィルタのいずれかを使用して推定することができる。いくつかの実施形態では、勾配は、再帰的推定技法というよりむしろ、バッチ推定技法を使用して推定することができる。バッチ推定技法では、バッチ回帰アルゴリズムへの入力として制御入力uおよび性能変数yの前値のバッチ(例えば、前値または履歴値のベクトルまたは集合)を使用することができる。適切な回帰アルゴリズムは、例えば、最小二乗回帰、多項式回帰、部分最小二乗回帰、リッジ回帰、主成分回帰、または、様々な線形もしくは非線形回帰技法のいずれかを含み得る。   In various embodiments, the gradient can be estimated using any of a variety of other recursive estimation techniques. For example, the gradient can be estimated using a Kalman filter, a normalized gradient technique, a denormalized gradient adaptation technique, a recursive Bayesian estimation technique, or any of a variety of linear or non-linear filters. In some embodiments, the gradient can be estimated using a batch estimation technique rather than a recursive estimation technique. Batch estimation techniques can use a batch of previous values of control input u and performance variable y (eg, a vector or set of previous or historical values) as input to a batch regression algorithm. Suitable regression algorithms may include, for example, least square regression, polynomial regression, partial least square regression, ridge regression, principal component regression, or any of a variety of linear or non-linear regression techniques.

いくつかの実施形態では、勾配は、制御入力uと性能変数yとの間の共分散を使用して推定することができる。例えば、最小二乗手法における傾き

Figure 2018071963
の推定は、
Figure 2018071963
と定義することができ、式中、Cov(u,y)は、制御入力uと性能変数yとの間の共分散であり、Var(u)は、制御入力uの分散である。推定傾き
Figure 2018071963
は、以前の方程式を使用して計算し、勾配
Figure 2018071963
のプロキシとして使用することができる。 In some embodiments, the slope can be estimated using the covariance between the control input u and the performance variable y. For example, the slope in the least squares method
Figure 2018071963
Is an estimate of
Figure 2018071963
Where Cov (u, y) is the covariance between the control input u and the performance variable y, and Var (u) is the variance of the control input u. Estimated slope
Figure 2018071963
Calculate using the previous equation and the gradient
Figure 2018071963
Can be used as a proxy.

依然として図8を参照すると、フロー図800は、フィードバックコントローラの出力を調節することによって推定勾配をゼロに至らせること(ブロック808)を含むように示されている。いくつかの実施形態では、フィードバックコントローラは、図5に示されるフィードバックコントローラ508である。フィードバックコントローラは、入力として推定勾配を受信し、推定勾配をゼロに至らせるようにその出力(例えばDC出力w)を調節することができる。フィードバックコントローラは、DC出力wの最適値に達するまで、DC出力wの値を増加または減少させることができる。DC出力wの最適値は、性能変数yの最適値(例えば、最大または最小値)をもたらす値として定義することができる。性能変数yの最適値は、勾配がゼロになると生じる。それに従って、フィードバックコントローラは、勾配をゼロに至らせるようにその出力wを調節することによって性能変数yの最適値を達成することができる。   Still referring to FIG. 8, the flow diagram 800 is shown to include bringing the estimated slope to zero by adjusting the output of the feedback controller (block 808). In some embodiments, the feedback controller is the feedback controller 508 shown in FIG. The feedback controller can receive the estimated gradient as input and adjust its output (eg, DC output w) to bring the estimated gradient to zero. The feedback controller can increase or decrease the value of the DC output w until the optimum value of the DC output w is reached. The optimal value of DC output w can be defined as the value that yields the optimal value (eg, maximum or minimum value) of performance variable y. The optimum value of the performance variable y occurs when the slope becomes zero. Accordingly, the feedback controller can achieve the optimum value of the performance variable y by adjusting its output w to bring the slope to zero.

フロー図800は、確率論的励起信号qを生成すること(ブロック810)と、確率論的励起信号qを用いてフィードバックコントローラの出力wに摂動を与えることによって、新しい制御入力uを生成すること(ブロック812)とを含むように示されている。確率論的励起信号qは、図5を参照して説明されるような確率論的信号ジェネレータ512および/または積分器514によって生成することができる。様々な実施形態では、確率論的信号は、ランダム信号(例えば、ランダムウォーク信号、白色雑音信号など)、非周期的信号、予測不可能な信号、外乱信号、または、他の任意のタイプの非決定論的もしくは非反復信号であり得る。いくつかの実施形態では、確率論的信号は、非ゼロ平均を有する。確率論的信号は、励起信号qを生成するために積分することができる。   Flow diagram 800 generates a new control input u by generating a stochastic excitation signal q (block 810) and perturbing the output w of the feedback controller using the stochastic excitation signal q. (Block 812). The stochastic excitation signal q can be generated by a stochastic signal generator 512 and / or an integrator 514 as described with reference to FIG. In various embodiments, the stochastic signal is a random signal (eg, random walk signal, white noise signal, etc.), aperiodic signal, unpredictable signal, disturbance signal, or any other type of non-deterministic. It can be a logical or non-repetitive signal. In some embodiments, the stochastic signal has a non-zero average. The stochastic signal can be integrated to generate the excitation signal q.

確率論的励起信号qは、新しい制御入力uを形成するためにフィードバックコントローラによって生成されたDC値wに加えることができる(例えば、u=w+q)。新しい制御入力uが生成された後、新しい制御入力uは、プラントに提供することができ(ブロック802)、ESC制御技法を繰り返すことができる。確率論的励起信号qは、ブロック806において性能勾配を推定するのに十分な制御入力uの変動を提供することができる。いくつかの実例では、励起信号qの加算により、制御入力uは、その最適値から遠ざかってゆく。しかし、フィードバックコントローラは、制御入力uがその最適値に絶えず引き戻されるようにDC値wを調整することによって、そのようなドリフトを補償することができる。従来のESCと同様に、励起信号qの大きさは、性能変数yに見られる付加雑音(例えば、プロセス雑音、測定雑音など)を克服するように選択することができる(例えば、ユーザによって手動でまたはコントローラによって自動的に)。   The stochastic excitation signal q can be added to the DC value w generated by the feedback controller to form a new control input u (eg u = w + q). After the new control input u is generated, the new control input u can be provided to the plant (block 802) and the ESC control technique can be repeated. The stochastic excitation signal q may provide a variation of the control input u sufficient to estimate the performance gradient at block 806. In some instances, the addition of the excitation signal q causes the control input u to move away from its optimal value. However, the feedback controller can compensate for such drift by adjusting the DC value w so that the control input u is constantly pulled back to its optimal value. As with conventional ESCs, the magnitude of the excitation signal q can be selected (eg, manually by the user, eg, to overcome the additive noise (eg, process noise, measurement noise, etc.) found in the performance variable y. Or automatically by the controller).

確率論的励起信号qは、周期的ディザ信号vよりもいくつかの利点を有する。例えば、確率論的励起信号qは、従来の周期的ディザ信号vほど認知できない。従って、制御入力uに対する確率論的励起信号qの効果は、従来の周期的ディザ信号vによって生じる周期的振動ほど顕著ではない。確率論的励起信号qの別の利点は、ディザ周波数ωがもはや必須パラメータではないため、コントローラの調整がより簡単であることである。それに従って、コントローラは、確率論的励起信号qを生成する際にプラントの固有周波数を知る必要も、推定する必要もない。 The stochastic excitation signal q has several advantages over the periodic dither signal v. For example, the stochastic excitation signal q is not as perceptible as the conventional periodic dither signal v. Therefore, the effect of the stochastic excitation signal q on the control input u is not as pronounced as the periodic oscillation caused by the conventional periodic dither signal v. Another advantage of the stochastic excitation signal q is that the controller is easier to tune because the dither frequency ω v is no longer a required parameter. Accordingly, the controller does not need to know or estimate the natural frequency of the plant in generating the stochastic excitation signal q.

ここで図9を参照すると、いくつかの実施形態による、別の極値探索制御(ESC)技法を示すフロー図900が示されている。フロー図900に示されるESC技法は、プラント(例えば、プラント504)をモニタして制御するために、フィードバックコントローラ(例えば、コントローラ502)の1つまたは複数のコンポーネントによって実行することができる。例えば、コントローラ502は、ESC技法を使用して、プラントの出力(例えば、性能変数y)をプラントに提供される制御入力uと関連付ける正規化相関係数ρを推定することができる。コントローラ502は、正規化相関係数ρをゼロに至らせることによって、制御入力uの最適値を決定することができる。   Referring now to FIG. 9, a flow diagram 900 illustrating another extreme value search control (ESC) technique is shown according to some embodiments. The ESC technique shown in flow diagram 900 may be performed by one or more components of a feedback controller (eg, controller 502) to monitor and control a plant (eg, plant 504). For example, the controller 502 can use ESC techniques to estimate a normalized correlation coefficient ρ that associates a plant output (eg, performance variable y) with a control input u provided to the plant. The controller 502 can determine the optimum value of the control input u by bringing the normalized correlation coefficient ρ to zero.

フロー図900は、プラントに制御入力uを提供すること(ブロック902)と、プラントからフィードバックとして性能変数yを受信すること(ブロック904)とを含むように示されている。制御入力uは、極値探索コントローラおよび/またはフィードバックコントローラによってプラントに提供することができる。コントローラは、以前に説明されるコントローラ(例えば、コントローラ302、コントローラ402、コントローラ502など)のいずれかでも、プラントに制御入力uを提供する他の任意のタイプのコントローラでもよい。いくつかの実施形態では、コントローラは、制御入力uを調整することによって性能変数yの最適値を達成するように構成された極値探索コントローラである。最適値は、性能変数yの極値(例えば、最大または最小)であり得る。   Flow diagram 900 is shown to include providing control input u to the plant (block 902) and receiving performance variable y as feedback from the plant (block 904). The control input u can be provided to the plant by an extreme value search controller and / or a feedback controller. The controller may be any of the previously described controllers (eg, controller 302, controller 402, controller 502, etc.) or any other type of controller that provides a control input u to the plant. In some embodiments, the controller is an extreme value search controller configured to achieve the optimum value of the performance variable y by adjusting the control input u. The optimal value may be the extreme value (eg, maximum or minimum) of the performance variable y.

制御理論上のプラントは、プロセスと1つまたは複数の機械制御出力との組合せである。プラントは、以前に説明されるプラント(例えば、プラント304、プラント404、プラント504など)のいずれかでも、他の任意の制御可能システムまたはプロセスでもよい。例えば、プラントは、1つまたは複数の機械制御アクチュエータおよび/またはダンパを介して建物空間内の温度を制御するように構成された空気処理ユニットであり得る。様々な実施形態では、プラントは、冷凍機操作プロセス、ダンパ調整プロセス、機械式冷却プロセス、換気プロセス、冷凍プロセス、または、プラントへの制御入力uが性能変数yに影響を与えるように調整される他の任意のプロセスを含み得る。性能変数yは、プラントの1つもしくは複数のセンサによって観察された測定変数(例えば、測定温度、測定電力消費量、測定流量など)、測定もしくは観察値に基づく計算変数(例えば、計算効率、計算電力消費量、計算コストなど)または制御入力uに応答したプラントの性能を示す他の任意のタイプの変数であり得る。   A control theoretical plant is a combination of a process and one or more machine control outputs. The plant can be any of the previously described plants (eg, plant 304, plant 404, plant 504, etc.) or any other controllable system or process. For example, the plant may be an air treatment unit configured to control the temperature in a building space via one or more machine controlled actuators and / or dampers. In various embodiments, the plant is tuned such that the refrigerator operating process, damper adjustment process, mechanical cooling process, ventilation process, refrigeration process, or control input u to the plant affects the performance variable y. Any other process may be included. The performance variable y is a measured variable (eg, measured temperature, measured power consumption, measured flow rate, etc.) observed by one or more sensors in the plant, a calculated variable based on a measured or observed value (eg, calculated efficiency, calculated Power consumption, computational cost, etc.) or any other type of variable that indicates the performance of the plant in response to the control input u.

フロー図900は、性能変数yを制御入力uと関連付ける正規化相関係数ρを推定することを含むように示されている。相関係数ρは、性能勾配

Figure 2018071963
と関連付ける(例えば、
Figure 2018071963
に比例する)ことができるが、性能変数yの範囲に基づいてスケーリングされる。例えば、相関係数ρは、性能勾配
Figure 2018071963
の正規化尺度であり得る(例えば、範囲0≦ρ≦1にスケーリングされる)。 The flow diagram 900 is shown to include estimating a normalized correlation coefficient ρ that associates the performance variable y with the control input u. The correlation coefficient ρ is the performance gradient
Figure 2018071963
Associated with (for example,
Figure 2018071963
Scaled based on the range of performance variable y. For example, the correlation coefficient ρ is the performance gradient
Figure 2018071963
(For example, scaled to the range 0 ≦ ρ ≦ 1).

いくつかの実施形態では、相関係数ρは、以下の方程式に示されるように、制御入力uおよび性能変数yの分散および共分散に基づいて推定することができる。

Figure 2018071963
式中、Cov(u,y)は、制御入力uと性能変数yとの間の共分散であり、Var(u)は、制御入力uの分散であり、Var(y)は、性能変数yの分散である。以前の方程式は、制御入力uの標準偏差σおよび性能変数yの標準偏差σの観点から以下の通り記載しなおすことができる。
Figure 2018071963
式中、
Figure 2018071963
である。 In some embodiments, the correlation coefficient ρ can be estimated based on the variance and covariance of the control input u and the performance variable y, as shown in the following equation:
Figure 2018071963
Where Cov (u, y) is the covariance between the control input u and the performance variable y, Var (u) is the variance of the control input u, and Var (y) is the performance variable y Is the dispersion of. Previous equation can be re-described as follows in terms of the standard deviation sigma y of the standard deviation sigma u and performance variable y of the control input u.
Figure 2018071963
Where
Figure 2018071963
It is.

いくつかの実施形態では、相関係数ρは、再帰的推定技法を使用して推定される。再帰的推定技法は、制御入力uおよび性能変数yの指数加重移動平均(EWMA)を計算することを含み得る。例えば、制御入力uおよび性能変数yのEWMAは、以下の方程式を使用して計算することができる。

Figure 2018071963
式中、
Figure 2018071963
は、時間kにおける制御入力uおよび性能変数yのEWMAであり、
Figure 2018071963
は、時間k−1における制御入力uおよび性能変数yの以前のEWMAであり、uおよびyは、時間kにおける制御入力uおよび性能変数yの現行値であり、kは、各変数の収集されたサンプルの総数であり、Wは、忘却窓の持続時間である。 In some embodiments, the correlation coefficient ρ is estimated using a recursive estimation technique. The recursive estimation technique may include calculating an exponential weighted moving average (EWMA) of the control input u and the performance variable y. For example, the EWMA of the control input u and the performance variable y can be calculated using the following equation:
Figure 2018071963
Where
Figure 2018071963
Is the EWMA of control input u and performance variable y at time k,
Figure 2018071963
Is the previous EWMA of the control input u and performance variable y at time k−1, u k and y k are the current values of the control input u and performance variable y at time k, and k is for each variable The total number of samples collected, W is the duration of the forgetting window.

また、EWMAは、以下の方程式を使用して、制御入力分散Var(u)、性能変数分散Var(y)および共分散Cov(u,y)に対して計算することもできる。

Figure 2018071963
式中、Vu,k、Vy,kおよびcはそれぞれ、時間kにおける制御入力分散Var(u)、性能変数分散Var(y)および共分散Cov(u,y)のEWMAである。Vu,k−1、Vy,k−1およびck−1はそれぞれ、時間k−1における制御入力分散Var(u)、性能変数分散Var(y)および共分散Cov(u,y)のEWMAである。相関係数ρは、以下の方程式を使用して、これらの再帰的推定に基づいて推定することができる。
Figure 2018071963
EWMA can also be calculated for control input variance Var (u), performance variable variance Var (y) and covariance Cov (u, y) using the following equations:
Figure 2018071963
Where V u, k , V y, k and c k are the EWMA of control input variance Var (u), performance variable variance Var (y) and covariance Cov (u, y) at time k, respectively. V u, k−1 , V y, k−1 and c k−1 are the control input variance Var (u), performance variable variance Var (y) and covariance Cov (u, y) at time k−1, respectively. EWMA. The correlation coefficient ρ can be estimated based on these recursive estimates using the following equation:
Figure 2018071963

いくつかの実施形態では、相関係数ρは、推定傾き

Figure 2018071963
に基づいて推定される。以前に説明されるように、推定傾き
Figure 2018071963
は、以下の方程式を使用して計算することができる。
Figure 2018071963
式中、Cov(u,y)は、制御入力uと性能変数yとの間の共分散であり、Var(u)は、制御入力uの分散であり、すなわち、
Figure 2018071963
である。相関係数ρは、以下の方程式を使用して、傾き
Figure 2018071963
から計算することができる。
Figure 2018071963
以前の方程式から、標準偏差σとσが等しい際(すなわち、σ=σの際)は、相関係数ρと推定傾き
Figure 2018071963
は等しいことが分かる。 In some embodiments, the correlation coefficient ρ is an estimated slope
Figure 2018071963
Is estimated based on Estimated slope, as previously explained
Figure 2018071963
Can be calculated using the following equation:
Figure 2018071963
Where Cov (u, y) is the covariance between the control input u and the performance variable y, and Var (u) is the variance of the control input u, ie
Figure 2018071963
It is. The correlation coefficient ρ is sloped using the following equation:
Figure 2018071963
Can be calculated from
Figure 2018071963
From the previous equation, when the standard deviations σ u and σ y are equal (that is, when σ u = σ y ), the correlation coefficient ρ and the estimated slope
Figure 2018071963
Are equal.

いくつかの実施形態では、推定傾き

Figure 2018071963
は、制御入力uおよび性能変数yの値の集合を使用して計算することができる。例えば、uおよびyの有限分散を想定すると、傾き
Figure 2018071963
は、以下の最小二乗推定を使用して推定することができる。
Figure 2018071963
In some embodiments, the estimated slope
Figure 2018071963
Can be calculated using a set of values for the control input u and the performance variable y. For example, assuming a finite variance of u and y, the slope
Figure 2018071963
Can be estimated using the following least squares estimation:
Figure 2018071963

制御入力uの小さな範囲の場合、推定傾き

Figure 2018071963
は、以下の方程式に示されるように、性能勾配のプロキシとして使用することができる。
Figure 2018071963
以前の方程式に示されるように、推定傾き
Figure 2018071963
は定利得Kを含み、定利得Kは未知数であり得る。しかし、標準偏差σおよびσによって提供される正規化は、定利得Kの効果を無効にする。例えば、性能変数yの標準偏差σは、以下の方程式に示されるように、制御入力uの標準偏差σと関連付けられる。
Figure 2018071963
In case of small range of control input u, estimated slope
Figure 2018071963
Can be used as a proxy for performance gradient, as shown in the equation below.
Figure 2018071963
Estimated slope, as shown in the previous equation
Figure 2018071963
Includes a constant gain K, which may be an unknown. However, the normalization provided by the standard deviations σ u and σ y negates the effect of the constant gain K. For example, a standard deviation sigma y of the performance variables y, as shown in the following equation, is associated with the standard deviation sigma u of the control input u.
Figure 2018071963

相関係数ρを計算するために推定傾き

Figure 2018071963
に比率
Figure 2018071963
を乗じることは、定利得Kで除することに等しい。相関係数ρおよび推定傾き
Figure 2018071963
は両方とも、制御入力uと性能変数yとの関係の強さを示す。しかし、相関係数ρは、正規化されているという利点を有し、それにより、フィードバック制御ループの調整がはるかに簡単になる。 Estimated slope to calculate correlation coefficient ρ
Figure 2018071963
To ratio
Figure 2018071963
Multiplication is equivalent to dividing by a constant gain K. Correlation coefficient ρ and estimated slope
Figure 2018071963
Both indicate the strength of the relationship between the control input u and the performance variable y. However, the correlation coefficient ρ has the advantage of being normalized, which makes the adjustment of the feedback control loop much easier.

依然として図9を参照すると、フロー図900は、フィードバックコントローラの出力を調節することによって推定相関係数ρをゼロに至らせること(ブロック908)を含むように示されている。いくつかの実施形態では、フィードバックコントローラは、図5に示されるフィードバックコントローラ508である。フィードバックコントローラは、入力として推定相関係数ρを受信し、推定相関係数ρをゼロに至らせるようにその出力(例えばDC出力w)を調節することができる。フィードバックコントローラは、DC出力wの最適値に達するまで、DC出力wの値を増加または減少させることができる。DC出力wの最適値は、性能変数yの最適値(例えば、最大または最小値)をもたらす値として定義することができる。性能変数yの最適値は、勾配がゼロになると生じる。それに従って、フィードバックコントローラは、推定相関係数ρをゼロに至らせるようにその出力wを調節することによって性能変数yの最適値を達成することができる。   Still referring to FIG. 9, the flow diagram 900 is shown to include bringing the estimated correlation coefficient ρ to zero (block 908) by adjusting the output of the feedback controller. In some embodiments, the feedback controller is the feedback controller 508 shown in FIG. The feedback controller can receive the estimated correlation coefficient ρ as an input and adjust its output (eg, DC output w) to bring the estimated correlation coefficient ρ to zero. The feedback controller can increase or decrease the value of the DC output w until the optimum value of the DC output w is reached. The optimal value of the DC output w can be defined as the value that yields the optimal value (eg, the maximum or minimum value) of the performance variable y. The optimum value of the performance variable y occurs when the slope becomes zero. Accordingly, the feedback controller can achieve the optimum value of the performance variable y by adjusting its output w to bring the estimated correlation coefficient ρ to zero.

フロー図900は、励起信号を生成すること(ブロック910)と、励起信号を用いてフィードバックコントローラの出力wに摂動を与えることによって、新しい制御入力uを生成すること(ブロック912)とを含むように示されている。様々な実施形態では、励起信号は、図3、4を参照して説明されるような周期的ディザ信号v、または、図5を参照して説明されるような確率論的励起信号qであり得る。励起信号は、新しい制御入力uを形成するためにフィードバックコントローラによって生成されたDC値wに加えることができる(例えば、u=w+qまたはu=w+v)。新しい制御入力uが生成された後、新しい制御入力uは、プラントに提供することができ(ブロック902)、ESC制御技法を繰り返すことができる。   Flow diagram 900 includes generating an excitation signal (block 910) and generating a new control input u (block 912) by perturbing the output w of the feedback controller using the excitation signal. Is shown in In various embodiments, the excitation signal is a periodic dither signal v as described with reference to FIGS. 3 and 4, or a stochastic excitation signal q as described with reference to FIG. obtain. The excitation signal can be added to the DC value w generated by the feedback controller to form a new control input u (eg u = w + q or u = w + v). After the new control input u is generated, the new control input u can be provided to the plant (block 902) and the ESC control technique can be repeated.

励起信号は、ブロック906において相関係数ρを推定するのに十分な制御入力uの変動を提供することができる。いくつかの実例では、励起信号の加算により、制御入力uは、その最適値から遠ざかってゆく。しかし、フィードバックコントローラは、制御入力uがその最適値に絶えず引き戻されるようにDC値wを調整することによって、そのようなドリフトを補償することができる。励起信号の大きさは、性能変数yに見られる付加雑音(例えば、プロセス雑音、測定雑音など)を克服するように選択することができる(例えば、ユーザによって手動でまたはコントローラによって自動的に)。   The excitation signal may provide a variation of the control input u sufficient to estimate the correlation coefficient ρ at block 906. In some instances, the addition of the excitation signal causes the control input u to move away from its optimal value. However, the feedback controller can compensate for such drift by adjusting the DC value w so that the control input u is constantly pulled back to its optimal value. The magnitude of the excitation signal can be selected (eg, manually by the user or automatically by the controller) to overcome the additional noise (eg, process noise, measurement noise, etc.) found in the performance variable y.

実装形態の例
ここで図10A〜16Cを参照すると、本開示の極値探索制御システムおよび方法のいくつかの実装形態の例が示されている。図10A〜16Cに示される実装形態は、極値探索コントローラ502によって制御することができるプラント504、極値探索コントローラ502によってプラント504に提供することができる制御入力u、および、極値探索コントローラ502によってプラント504からフィードバックとして受信することができる性能変数yの様々な実施形態を示す。
Example Implementations Referring now to FIGS. 10A-16C, some example implementations of the extreme search control system and method of the present disclosure are shown. The implementation shown in FIGS. 10A-16C includes a plant 504 that can be controlled by an extreme value search controller 502, a control input u that can be provided to the plant 504 by the extreme value search controller 502, and an extreme value search controller 502. Shows various embodiments of the performance variable y that can be received as feedback from the plant 504.

冷却水プラント1000
特に図10Aを参照すると、いくつかの実施形態による冷却水プラント1000が示されている。冷却水プラント1000は、冷凍機1002、冷却塔1004および空気処理ユニット(AHU)1006を含むように示されている。冷凍機1002は、凝縮器1018、蒸発器1020および圧縮機1034を含む。圧縮機1034は、冷媒ループ1026を介して凝縮器1018と蒸発器1020との間で冷媒を循環させるように構成される。また、冷凍機1002は、冷媒ループ1026上の凝縮器1018と蒸発器1020との間の少なくとも1つの膨張弁も含む。冷凍機1002は、蒸気圧縮冷凍サイクルを使用して動作し、蒸気圧縮冷凍サイクルでは、冷媒ループ1026の冷媒は、蒸発器1020で吸熱し、凝縮器1018で排熱する。冷凍機1002は、冷凍機1002の冷凍サイクル動作を補助するいかなる数のセンサ、制御弁および/または他のコンポーネントも含み得る。
Cooling water plant 1000
With particular reference to FIG. 10A, a cooling water plant 1000 according to some embodiments is shown. The cooling water plant 1000 is shown to include a refrigerator 1002, a cooling tower 1004, and an air treatment unit (AHU) 1006. The refrigerator 1002 includes a condenser 1018, an evaporator 1020, and a compressor 1034. The compressor 1034 is configured to circulate refrigerant between the condenser 1018 and the evaporator 1020 via the refrigerant loop 1026. The refrigerator 1002 also includes at least one expansion valve between the condenser 1018 and the evaporator 1020 on the refrigerant loop 1026. The refrigerator 1002 operates using a vapor compression refrigeration cycle. In the vapor compression refrigeration cycle, the refrigerant in the refrigerant loop 1026 absorbs heat in the evaporator 1020 and exhausts heat in the condenser 1018. The refrigerator 1002 can include any number of sensors, control valves, and / or other components that assist the refrigerator 1002 in refrigeration cycle operation.

冷凍機1002は、凝縮器送水ループ1022によって冷却塔1004に接続される。凝縮器送水ループ1022に沿って位置する凝縮器送水ポンプ1014は、冷却塔1004と冷凍機1002との間の凝縮器送水ループ1022を介して凝縮器水を循環させる。凝縮器送水ポンプ1014は、固定速度ポンプまたは可変速度ポンプであり得る。凝縮器送水ループ1022は、凝縮器1018を通じて凝縮器水を循環させ、凝縮器1018では、凝縮器水は冷凍ループ1026内の冷媒から吸熱する。次いで、加熱された凝縮器水は、冷却塔1004に送達され、冷却塔1004では、凝縮器水は周囲環境に排熱する。冷却塔ファンシステム1036は、冷却塔1004内の凝縮器水の冷却を容易にするために、冷却塔1004中を流れる気流を提供する。次いで、冷却された凝縮器水は、凝縮器送水ポンプ1014によって冷凍機1002に送り返される。   The refrigerator 1002 is connected to the cooling tower 1004 by a condenser water supply loop 1022. A condenser water pump 1014 located along the condenser water loop 1022 circulates the condenser water via the condenser water loop 1022 between the cooling tower 1004 and the refrigerator 1002. The condenser water pump 1014 can be a fixed speed pump or a variable speed pump. The condenser water supply loop 1022 circulates the condenser water through the condenser 1018, and the condenser water absorbs heat from the refrigerant in the refrigeration loop 1026. The heated condenser water is then delivered to the cooling tower 1004 where it is exhausted to the surrounding environment. The cooling tower fan system 1036 provides an airflow that flows through the cooling tower 1004 to facilitate cooling of the condenser water within the cooling tower 1004. The cooled condenser water is then sent back to the refrigerator 1002 by the condenser water pump 1014.

冷凍機1002は、冷却流体ループ1024を介してAHU 1006と接続される。冷却流体ループ1024に沿って位置する冷却流体ポンプ1016は、冷凍機1002とAHU 1006との間で冷却流体を循環させる。ポンプ1016は、固定速度ポンプまたは可変速度ポンプであり得る。冷却流体ループ1024は、蒸発器1020を通じて冷却流体を循環させ、蒸発器1020では、冷却流体は、冷凍ループ1026内の冷媒に排熱する。次いで、冷却流体は、AHU 1006に送達され、AHU 1006では、冷却流体はAHU 1006中を流れる給気から吸熱し、それにより、給気に対する冷却を提供する。次いで、加熱された流体は、ポンプ1016によって冷凍機1002に送り返される。   The refrigerator 1002 is connected to the AHU 1006 via the cooling fluid loop 1024. A cooling fluid pump 1016 located along the cooling fluid loop 1024 circulates cooling fluid between the refrigerator 1002 and the AHU 1006. The pump 1016 can be a fixed speed pump or a variable speed pump. The cooling fluid loop 1024 circulates the cooling fluid through the evaporator 1020, and the cooling fluid exhausts heat to the refrigerant in the refrigeration loop 1026 in the evaporator 1020. The cooling fluid is then delivered to the AHU 1006, where the cooling fluid absorbs heat from the supply air flowing through the AHU 1006, thereby providing cooling to the supply air. The heated fluid is then sent back to the refrigerator 1002 by the pump 1016.

図10Aに示される実施形態では、AHU 1006は、エコノマイザタイプの空気処理ユニットとして示されている。エコノマイザタイプのAHUは、冷却のためにAHUによって使用される外気および還気の量を変動させる。AHU 1006は、AHU 1006のアクチュエータおよびダンパまたはファンに影響を与えるために、1つまたは複数のアルゴリズム(例えば、状態ベースアルゴリズム、極値探索制御アルゴリズムなど)を利用するエコノマイザコントローラ1032を含むように示されている。AHU 1006に供給される冷却流体の流量は、可変的に制御することもできる。例えば、PI制御1008は、AHU 1006への冷却流体の流量を規制する弁1038を制御するように示されている。PI制御1008は、セットポイント給気温度を達成するために、AHU 1006への冷却流体の流量を制御することができる。エコノマイザコントローラ1032、冷凍機1002用のコントローラおよびPI制御1008は、1つまたは複数の建物管理システム(BMS)コントローラ1010によって監視することができる。   In the embodiment shown in FIG. 10A, AHU 1006 is shown as an economizer type air treatment unit. Economizer type AHUs vary the amount of outside and return air used by the AHU for cooling. AHU 1006 is shown to include an economizer controller 1032 that utilizes one or more algorithms (eg, state-based algorithms, extreme value search control algorithms, etc.) to affect the actuators and dampers or fans of AHU 1006. Has been. The flow rate of the cooling fluid supplied to the AHU 1006 can be variably controlled. For example, PI control 1008 is shown to control a valve 1038 that regulates the flow rate of cooling fluid to AHU 1006. The PI control 1008 can control the flow rate of cooling fluid to the AHU 1006 to achieve the setpoint supply air temperature. The economizer controller 1032, the controller for the refrigerator 1002 and the PI control 1008 can be monitored by one or more building management system (BMS) controllers 1010.

BMSコントローラは、一般に、建物もしくは建物エリア内または建物もしくは建物エリアの周りの機器の制御、モニタおよび管理を行うように構成されたコンピュータベースシステムである。BMSコントローラは、Johnson Controls,Inc.によって販売されるMETASYS(登録商標)ブランドの建物コントローラまたは他のデバイスを含み得る。BMSコントローラ1010は、BMS、そのサブシステムおよびデバイスを制御、閲覧または別の方法で相互作用するための1つまたは複数のヒューマンマシンインタフェースまたはクライアントインタフェース(例えば、グラフィカルユーザインタフェース、報告用のインタフェース、テキストベースのコンピュータインタフェース、顧客に直接対応するウェブサービス、ウェブクライアントにページを提供するウェブサーバなど)を提供することができる。例えば、BMSコントローラ1010は、ユーザが建物空間に対する所望のセットポイント温度を設定できるようにするウェブベースのグラフィカルユーザインタフェースを提供することができる。BMSコントローラ1010は、建物空間に対するセットポイント温度が達成されているかどうかを判断するために、BMSセンサ1012(有線もしくは無線BMSまたはITネットワークを介してBMSコントローラ1010に接続される)を使用することができる。BMSコントローラ1010は、そのような判断を使用して、PI制御1008、冷凍機1002、エコノマイザコントローラ1032、または、建物のHVACシステムの他のコンポーネントにコマンドを提供することができる。   A BMS controller is generally a computer-based system configured to control, monitor and manage equipment in or around a building or building area. BMS controllers are available from Johnson Controls, Inc. May include a METASYS® brand building controller or other device sold by The BMS controller 1010 may include one or more human machine interfaces or client interfaces (eg, graphical user interface, reporting interface, text, etc.) for controlling, viewing or otherwise interacting with the BMS, its subsystems and devices. Base computer interfaces, web services directly addressing customers, web servers that serve pages to web clients, etc.). For example, the BMS controller 1010 can provide a web-based graphical user interface that allows a user to set a desired setpoint temperature for a building space. The BMS controller 1010 may use a BMS sensor 1012 (connected to the BMS controller 1010 via a wired or wireless BMS or IT network) to determine whether a setpoint temperature for the building space has been achieved. it can. The BMS controller 1010 may use such a determination to provide commands to the PI control 1008, the refrigerator 1002, the economizer controller 1032, or other components of the building HVAC system.

いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、BMSコントローラ1010から制御コマンドを受信することも、BMSコントローラ1010からの入力に基づいてその出力計算を行うこともしない。他の実施形態では、極値探索コントローラ502は、BMSコントローラ1010から情報(例えば、コマンド、セットポイント、動作境界など)を受信する。例えば、BMSコントローラ1010は、高いファン速度制限および低いファン速度制限を極値探索コントローラ502に提供することができる。低い制限は、頻繁なコンポーネントおよび電力負荷が大きいファンの起動を回避することができる一方で、高い制限は、ファンシステムの機械または熱制限近くの動作を回避することができる。   In some embodiments, the extremum search controller 502 does not receive control commands from the BMS controller 1010 or perform its output calculation based on input from the BMS controller 1010. In other embodiments, the extreme value search controller 502 receives information (eg, commands, setpoints, operating boundaries, etc.) from the BMS controller 1010. For example, the BMS controller 1010 can provide a high fan speed limit and a low fan speed limit to the extreme value search controller 502. Low limits can avoid starting up frequent components and high power load fans, while high limits can avoid operating near fan system mechanical or thermal limits.

極値探索コントローラ502は、冷却塔ファンシステム1036 Ptower、凝縮器送水ポンプ1014 Ppumpおよび冷凍機1002の圧縮機1034 Pchillerによって消費された総電力を表す電力入力Ptotal(すなわち、Ptotal=Ptower+Ppump+Pchiller)を受信するように示されている。図10Aに示されるように、電力入力Ptower、PpumpおよびPchillerは、総電力Ptotalを表す組合せ信号を提供するために、極値探索コントローラ502の外部の総和ブロック1040で総和することができる。他の実施形態では、極値探索コントローラ502は、個々の電力入力Ptower、PpumpおよびPchillerを受信し、総和ブロック1040の総和を実施する。いずれの事例でも、極値探索コントローラ502は、総システム電力を表す単一の総和または組合せ信号Ptotalとして電力入力が提供される場合であっても、電力入力Ptower、PpumpおよびPchillerを受信することが言える。 The extreme value search controller 502 is a power input P total representing the total power consumed by the cooling tower fan system 1036 P tower , the condenser water pump 1014 P pump and the compressor 1034 P chiller of the refrigerator 1002 (ie, P total = It is shown to receive the P tower + P pump + P chiller ). As shown in FIG. 10A, the power input P tower, P pump and P chiller is to provide a combined signal representative of the total power P total, be sum outside the summation block 1040 extremum search controller 502 it can. In another embodiment, the extremum search controller 502, individual power input P tower, receives the P pump and P chiller, to implement the sum of the total block 1040. In either case, extreme value search controller 502, even if the single sum or power input as a combination signal P total representing the total system power is provided, the power input P tower, the P pump and P chiller It can be said that it receives.

いくつかの実施形態では、総システム電力Ptotalは、極値探索コントローラ502が最適化(例えば、最小化)しようと努める性能変数である。総システム電力Ptotalは、冷却水プラント1000の1つまたは複数のコンポーネントの電力消費量を含み得る。図10Aに示される実施形態では、総システム電力Ptotalは、Ptower、PpumpおよびPchillerを含む。しかし、様々な他の実施形態では、総システム電力Ptotalは、電力入力のいかなる組合せも含み得る。例えば、総システム電力Ptotalは、AHU 1006内のファンの電力消費量、冷却流体ポンプ1016の電力消費量および/または冷却水プラント1000内で生じる他の任意の電力消費量を含み得る。 In some embodiments, the total system power P total is a performance variable that the extremum search controller 502 seeks to optimize (eg, minimize). The total system power P total may include the power consumption of one or more components of the cooling water plant 1000. In the embodiment shown in FIG. 10A, the total system power P total includes P tower, P pump and P chiller. However, in various other embodiments, the total system power P total may include any combination of power inputs. For example, the total system power P total may include power consumption of fans in the AHU 1006, power consumption of the cooling fluid pump 1016, and / or any other power consumption that occurs in the cooling water plant 1000.

極値探索コントローラ502は、フィードバックコントローラ1028に温度セットポイントTspを提供するように示されている。いくつかの実施形態では、温度セットポイントTspは、極値探索コントローラ502が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。温度セットポイントTspは、冷却塔1004から冷凍機1002に提供される凝縮器水の温度Tcwに対するセットポイントである。凝縮器水温度Tcwは、冷却塔1004と冷凍機1002との間の凝縮器送水ループ1022に沿って(例えば、凝縮器送水ポンプ1014の上流または下流)位置する温度センサ1030によって測定することができる。フィードバックコントローラ1028は、フィードバック信号として凝縮器水温度Tcwを受信するように示されている。 The extreme value search controller 502 is shown to provide a temperature setpoint T sp to the feedback controller 1028. In some embodiments, the temperature setpoint Tsp is an manipulated variable that the extreme value search controller 502 adjusts to affect the total system power Ptotal . The temperature set point T sp is a set point for the temperature T cw of the condenser water provided from the cooling tower 1004 to the refrigerator 1002. The condenser water temperature T cw may be measured by a temperature sensor 1030 located along the condenser water loop 1022 between the cooling tower 1004 and the refrigerator 1002 (eg, upstream or downstream of the condenser water pump 1014). it can. The feedback controller 1028 is shown to receive the condenser water temperature T cw as a feedback signal.

フィードバックコントローラ1028は、極値探索コントローラ502によって提供される温度セットポイントTspを達成するように冷却塔ファンシステム1036および/または凝縮器送水ポンプ1014を操作することができる。例えば、フィードバックコントローラ1028は、凝縮器1018内の冷媒から除去される熱の量を増加させるために凝縮器送水ポンプ1014の速度を上げることも、凝縮器1018内の冷媒から除去される熱の量を減少させるために凝縮器送水ポンプ1014の速度を下げることもできる。同様に、フィードバックコントローラ1028は、冷却塔1004によって凝縮器水から除去される熱の量を増加させるために冷却塔ファンシステム1036の速度を上げることも、冷却塔1004によって凝縮器水から除去される熱の量を減少させるために冷却塔ファンシステム1036の速度を下げることもできる。 The feedback controller 1028 can operate the cooling tower fan system 1036 and / or the condenser water pump 1014 to achieve the temperature setpoint T sp provided by the extreme value search controller 502. For example, the feedback controller 1028 may increase the speed of the condenser water pump 1014 to increase the amount of heat removed from the refrigerant in the condenser 1018, or the amount of heat removed from the refrigerant in the condenser 1018. The speed of the condenser water pump 1014 can also be reduced to reduce. Similarly, the feedback controller 1028 increases the speed of the cooling tower fan system 1036 to increase the amount of heat removed from the condenser water by the cooling tower 1004 and is also removed from the condenser water by the cooling tower 1004. The cooling tower fan system 1036 can also be slowed to reduce the amount of heat.

極値探索コントローラ502は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適な凝縮器水温度セットポイントTsp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。フィードバックコントローラ1028および極値探索コントローラ502は別個のデバイスとして示されているが、いくつかの実施形態では、フィードバックコントローラ1028および極値探索コントローラ502を組み合わせて単一のデバイス(例えば、極値探索コントローラ502およびフィードバックコントローラ1028の両方の機能を実行する単一のコントローラ)にできることが企図される。例えば、極値探索コントローラ502は、中間フィードバックコントローラ1028を必要とすることなく、冷却塔ファンシステム1036および凝縮器送水ポンプ1014を直接制御するように構成することができる。 The extreme value search controller 502 dynamically uses unknown inputs (eg, optimal condenser water temperature setpoint T sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach the optimal value. Implement an extreme value search control strategy to search for. Although feedback controller 1028 and extreme value search controller 502 are shown as separate devices, in some embodiments, feedback controller 1028 and extreme value search controller 502 are combined into a single device (eg, extreme value search controller). It is contemplated that it can be a single controller that performs the functions of both 502 and feedback controller 1028. For example, the extreme value search controller 502 can be configured to directly control the cooling tower fan system 1036 and the condenser water pump 1014 without the need for an intermediate feedback controller 1028.

ここで図10Bおよび10Cを参照すると、いくつかの実施形態による、冷却水プラント1000の極値探索コントローラ502の動作を示す1対のフロー図1050および1070が示されている。両方のフロー図1050および1070では、極値探索コントローラ502は、冷却水プラント1000の凝縮器水温度Tcwを制御するように動作するフィードバックコントローラ1028に温度セットポイントTspを提供する(ブロック1052および1072)。極値探索コントローラ502は、フィードバック信号として冷却水プラント1000の総電力消費量Ptotalを受信することができる(ブロック1054および1074)。 Referring now to FIGS. 10B and 10C, a pair of flow diagrams 1050 and 1070 illustrating the operation of the extreme value search controller 502 of the cooling water plant 1000 are shown, according to some embodiments. In both flow diagrams 1050 and 1070, the extreme value search controller 502 provides a temperature setpoint T sp to a feedback controller 1028 that operates to control the condenser water temperature T cw of the cooling water plant 1000 (block 1052 and 1072). The extreme value search controller 502 may receive the total power consumption P total of the cooling water plant 1000 as a feedback signal (blocks 1054 and 1074).

フロー図1050では、極値探索コントローラ502は、凝縮器水温度セットポイントTspに対する総電力消費量Ptotalの勾配を推定する(ブロック1056)。極値探索コントローラ502は、温度セットポイントTspを調節することによって得られた勾配をゼロに至らせることにより、冷却水プラント1000上の制御を提供することができる(ブロック1058)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、確率論的励起信号を生成し(ブロック1060)、確率論的励起信号を使用して新しい凝縮器水温度セットポイントTspを生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、確率論的励起信号を用いて凝縮器水温度セットポイントTspに摂動を与えることによって、新しい温度セットポイントTspを生成することができる(ブロック1062)。 In the flow diagram 1050, the extreme value search controller 502 estimates the slope of the total power consumption Ptotal relative to the condenser water temperature set point Tsp (block 1056). Extremum search controller 502, by bringing the slope obtained by adjusting the temperature set point T sp to zero, it is possible to provide a control on the cooling water plant 1000 (block 1058). In some embodiments, the extreme value search controller 502 generates a stochastic excitation signal (block 1060) and uses the stochastic excitation signal to generate a new condenser water temperature setpoint Tsp . For example, the extremum search controller 502, by perturbing the condenser water temperature setpoint T sp using stochastic excitation signal, can generate a new temperature setpoint T sp (block 1062).

フロー図1070では、極値探索コントローラ502は、総電力消費量Ptotalを凝縮器水温度セットポイントTspと関係付ける正規化相関係数を推定する(ブロック1076)。極値探索コントローラ502は、温度セットポイントTspを調節することによって推定相関係数をゼロに至らせることにより、冷却水プラント1000上の制御を提供することができる(ブロック1078)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、励起信号を生成し(ブロック1080)、励起信号を使用して新しい凝縮器水温度セットポイントTspを生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、励起信号を用いて凝縮器水温度セットポイントTspに摂動を与えることによって、新しい温度セットポイントTspを生成することができる(ブロック1082)。 In flow diagram 1070, extremum search controller 502 estimates the normalized correlation coefficient relating the total power consumption P total and the condenser water temperature setpoint T sp (block 1076). Extremum search controller 502, by bringing the estimated correlation coefficient to zero by adjusting the temperature set point T sp, it is possible to provide a control on the cooling water plant 1000 (block 1078). In some embodiments, the extreme search controller 502 generates an excitation signal (block 1080) and uses the excitation signal to generate a new condenser water temperature setpoint Tsp . For example, the extremum search controller 502, by perturbing the condenser water temperature setpoint T sp using an excitation signal, it is possible to generate a new temperature setpoint T sp (block 1082).

冷却水プラント1100
ここで図11Aを参照すると、いくつかの実施形態による別の冷却水プラント1100が示されている。冷却水プラント1100は、図10Aを参照して説明されるような冷却水プラント1000のコンポーネントのいくつかまたはすべてを含み得る。例えば、冷却水プラント1100は、冷凍機1102、冷却塔1104および空気処理ユニット(AHU)1106を含むように示されている。冷凍機1102は、凝縮器送水ループ1122によって冷却塔1104と接続される。凝縮器送水ループ1122に沿って位置する凝縮器送水ポンプ1114は、冷却塔1104と冷凍機1102との間で凝縮器水を循環させる。冷却塔ファンシステム1136は、冷却塔1104内の凝縮器水の冷却を容易にするために、冷却塔1104中を流れる気流を提供する。冷凍機1102は、冷却流体ループ1124を介してAHU 1106とも接続される。冷却流体ループ1124に沿って位置する冷却流体ポンプ1116は、冷凍機1102とAHU 1106との間で冷却流体を循環させる。
Cooling water plant 1100
Referring now to FIG. 11A, another cooling water plant 1100 is shown according to some embodiments. The cooling water plant 1100 may include some or all of the components of the cooling water plant 1000 as described with reference to FIG. 10A. For example, the cooling water plant 1100 is shown to include a refrigerator 1102, a cooling tower 1104, and an air treatment unit (AHU) 1106. The refrigerator 1102 is connected to the cooling tower 1104 by a condenser water supply loop 1122. A condenser water pump 1114 located along the condenser water loop 1122 circulates the condenser water between the cooling tower 1104 and the refrigerator 1102. The cooling tower fan system 1136 provides an airflow that flows through the cooling tower 1104 to facilitate cooling of the condenser water in the cooling tower 1104. The refrigerator 1102 is also connected to the AHU 1106 via a cooling fluid loop 1124. A cooling fluid pump 1116 located along the cooling fluid loop 1124 circulates cooling fluid between the refrigerator 1102 and the AHU 1106.

極値探索コントローラ502は、冷却塔ファンシステム1136 Ptower、凝縮器送水ポンプ1114 Ppumpおよび冷凍機1102の圧縮機1134 Pchillerによって消費された総電力を表す電力入力Ptotal(すなわち、Ptotal=Ptower+Ppump+Pchiller)を受信するように示されている。いくつかの実施形態では、総システム電力Ptotalは、極値探索コントローラ502が最適化(例えば、最小化)しようと努める性能変数である。図11Aに示される実施形態では、総システム電力Ptotalは、Ptower、PpumpおよびPchillerを含む。しかし、様々な他の実施形態では、総システム電力Ptotalは、電力入力のいかなる組合せも含み得る。例えば、総システム電力Ptotalは、AHU 1106内のファンの電力消費量、冷却流体ポンプ1116の電力消費量および/または冷却水プラント1100内で生じる他の任意の電力消費量を含み得る。 Extremum search controller 502, the cooling tower fan system 1136 P tower, condenser water pump 1114 P pump and power representing the total power consumed by the compressor 1134 P chiller refrigerator 1102 input P total (i.e., P total = It is shown to receive the P tower + P pump + P chiller ). In some embodiments, the total system power P total is a performance variable that the extremum search controller 502 seeks to optimize (eg, minimize). In the embodiment shown in FIG. 11A, the total system power P total includes P tower, P pump and P chiller. However, in various other embodiments, the total system power P total may include any combination of power inputs. For example, the total system power P total may include power consumption of fans in the AHU 1106, power consumption of the cooling fluid pump 1116, and / or any other power consumption that occurs in the cooling water plant 1100.

極値探索コントローラ502は、冷却塔ファンシステム1136のファン速度Fanspを規制する第1の制御信号と、凝縮器送水ポンプ1114のポンプ速度Pumpspを規制する第2の制御信号とを提供するように示されている。いくつかの実施形態では、ファン速度Fanspおよびポンプ速度Pumpspは、極値探索コントローラ502が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。例えば、極値探索コントローラ502は、凝縮器1118内の冷媒から除去される熱の量を増加させるためにポンプ速度Pumpspを上げることも、凝縮器1118内の冷媒から除去される熱の量を減少させるためにポンプ速度Pumpspを下げることもできる。同様に、極値探索コントローラ502は、冷却塔1104によって凝縮器水から除去される熱の量を増加させるためにファン速度Fanspを上げることも、冷却塔1104によって凝縮器水から除去される熱の量を減少させるためにファン速度Fanspを下げることもできる。 The extreme value search controller 502 provides a first control signal that regulates the fan speed Fan sp of the cooling tower fan system 1136 and a second control signal that regulates the pump speed Pump sp of the condenser water pump 1114. Is shown in In some embodiments, the fan speed Fan sp and pump speed Pump sp are manipulated variables that the extremum search controller 502 adjusts to affect the total system power P total . For example, the extreme value search controller 502 can increase the pump speed Pump sp to increase the amount of heat removed from the refrigerant in the condenser 1118, or can reduce the amount of heat removed from the refrigerant in the condenser 1118. The pump speed Pump sp can also be reduced to reduce it. Similarly, the extremum search controller 502 can increase the fan speed Fan sp to increase the amount of heat removed from the condenser water by the cooling tower 1104, or the heat removed from the condenser water by the cooling tower 1104. The fan speed Fan sp can also be reduced to reduce the amount of.

ここで図11Bおよび11Cを参照すると、いくつかの実施形態による、冷却水プラント1100の極値探索コントローラ502の動作を示す1対のフロー図1150および1170が示されている。両方のフロー図1150および1170では、極値探索コントローラ502は、冷却塔ファンシステムにファン速度制御信号Fanspを提供し、凝縮器送水ポンプにポンプ速度制御信号Pumpspを提供する(ブロック1152および1172)。極値探索コントローラ502は、フィードバック信号として冷却水プラント1100の総電力消費量Ptotalを受信することができる(ブロック1154および1174)。 Referring now to FIGS. 11B and 11C, a pair of flow diagrams 1150 and 1170 are shown that illustrate the operation of the extreme value search controller 502 of the cooling water plant 1100, according to some embodiments. In both flow diagrams 1150 and 1170, the extreme search controller 502 provides a fan speed control signal Fan sp to the cooling tower fan system and a pump speed control signal Pump sp to the condenser water pump (blocks 1152 and 1172). ). The extreme value search controller 502 may receive the total power consumption P total of the cooling water plant 1100 as a feedback signal (blocks 1154 and 1174).

フロー図1150では、極値探索コントローラ502は、ファン速度Fanspに対する総電力消費量Ptotalの第1の勾配と、凝縮器送水ポンプ速度Pumpspに対する総電力消費量Ptotalの第2の勾配とを推定する(ブロック1156)。極値探索コントローラ502は、ファン速度Fanspおよび凝縮器送水ポンプ速度Pumpspを調節することによって得られた勾配をゼロに至らせることにより、冷却水プラント1100上の制御を提供することができる(ブロック1158)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、速度制御信号の各々に対する確率論的励起信号を生成し(ブロック1160)、確率論的励起信号を使用して新しい速度制御信号を生成する(ブロック1162)。例えば、極値探索コントローラ502は、第1の確率論的励起信号を用いてファン速度制御信号Fanspに摂動を与えることによって、新しいファン速度制御信号Fanspを生成することができる。極値探索コントローラ502は、第2の確率論的励起信号を用いてポンプ速度制御信号Pumpspに摂動を与えることによって、新しいポンプ速度制御信号Pumpspを生成することができる。 In the flow diagram 1150, the extremum search controller 502 has a first slope of the total power consumption P total with respect to the fan speed Fan sp and a second slope of the total power consumption P total with respect to the condenser water pump speed Pump sp . Is estimated (block 1156). The extreme value search controller 502 can provide control on the cooling water plant 1100 by bringing the slope obtained by adjusting the fan speed Fan sp and the condenser water pump speed Pump sp to zero ( Block 1158). In some embodiments, the extreme value search controller 502 generates a stochastic excitation signal for each of the rate control signals (block 1160) and uses the stochastic excitation signal to generate a new rate control signal ( Block 1162). For example, the extreme value search controller 502 can generate a new fan speed control signal Fan sp by perturbing the fan speed control signal Fan sp using the first stochastic excitation signal. The extreme value search controller 502 can generate a new pump speed control signal Pump sp by perturbing the pump speed control signal Pump sp with the second stochastic excitation signal.

フロー図1170では、極値探索コントローラ502は、総電力消費量Ptotalをファン速度Fanspと関係付ける第1の正規化相関係数と、総電力消費量Ptotalを凝縮器送水ポンプ速度Pumpspと関係付ける第2の正規化相関係数とを推定する(ブロック1176)。極値探索コントローラ502は、ファン速度Fanspおよびポンプ速度Pumpspを調節することによって推定相関係数をゼロに至らせることにより、冷却水プラント1100上の制御を提供することができる(ブロック1178)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、速度制御信号の各々に対する励起信号を生成し(ブロック1180)、励起信号を使用して新しいファンおよびポンプ速度を生成する(ブロック1182)。例えば、極値探索コントローラ502は、第1の励起信号を用いてファン速度制御信号Fanspに摂動を与えることによって、新しいファン速度制御信号Fanspを生成することができる。極値探索コントローラ502は、第2の励起信号を用いてポンプ速度制御信号Pumpspに摂動を与えることによって、新しいポンプ速度制御信号Pumpspを生成することができる。 In the flow diagram 1170, the extremum search controller 502 uses a first normalized correlation coefficient that relates the total power consumption P total to the fan speed Fan sp , and the total power consumption P total to the condenser water pump speed Pump sp. Is estimated (block 1176). Extreme search controller 502 may provide control on cooling water plant 1100 by bringing the estimated correlation coefficient to zero by adjusting fan speed Fan sp and pump speed Pump sp (block 1178). . In some embodiments, the extreme search controller 502 generates an excitation signal for each of the speed control signals (block 1180) and uses the excitation signal to generate new fan and pump speeds (block 1182). For example, the extreme value search controller 502 can generate a new fan speed control signal Fan sp by perturbing the fan speed control signal Fan sp using the first excitation signal. The extreme value search controller 502 can generate a new pump speed control signal Pump sp by perturbing the pump speed control signal Pump sp using the second excitation signal.

可変冷媒流量システム1200
ここで図12Aを参照すると、いくつかの実施形態による可変冷媒流量(VRF)システム1200が示されている。VRFシステム1200は、屋外ユニット1202、いくつかの熱回収ユニット1204およびいくつかの屋内ユニット1206を含むように示されている。いくつかの実施形態では、屋外ユニット1202は、建物の外側(例えば、屋上)に位置し、屋内ユニット1206は、建物全体にわたって(例えば、建物の様々な部屋またはゾーンに)分配される。いくつかの実施形態では、VRFシステム1200は、いくつかの熱回収ユニット1204を含む。熱回収ユニット1204は、屋外ユニット1202と屋内ユニット1206との間の冷媒の流量を制御し(例えば、弁の開閉によって)、屋外ユニット1202によって供給される加熱または冷却負荷を最小化することができる。
Variable refrigerant flow system 1200
Referring now to FIG. 12A, a variable refrigerant flow (VRF) system 1200 according to some embodiments is shown. VRF system 1200 is shown to include an outdoor unit 1202, several heat recovery units 1204, and several indoor units 1206. In some embodiments, the outdoor unit 1202 is located outside the building (eg, the rooftop) and the indoor unit 1206 is distributed throughout the building (eg, to various rooms or zones of the building). In some embodiments, the VRF system 1200 includes a number of heat recovery units 1204. The heat recovery unit 1204 can control the flow rate of refrigerant between the outdoor unit 1202 and the indoor unit 1206 (eg, by opening and closing valves) to minimize the heating or cooling load provided by the outdoor unit 1202. .

屋外ユニット1202は、圧縮機1214および熱交換器1220を含むように示されている。圧縮機1214は、熱交換器1220と屋内ユニット1206との間で冷媒を循環させる。熱交換器1220は、VRFシステム1200が冷却モードで動作する際には凝縮器(冷媒が外気に排熱することを可能にする)として機能することも、VRFシステム1200が加熱モードで動作する際には蒸発器(冷媒が外気から吸熱することを可能にする)として機能することもできる。ファン1218は、熱交換器1220中を流れる気流を提供する。ファン1218の速度は、熱交換器1220内の冷媒内または冷媒外への熱伝達率を調節するために調整することができる。   Outdoor unit 1202 is shown to include a compressor 1214 and a heat exchanger 1220. The compressor 1214 circulates the refrigerant between the heat exchanger 1220 and the indoor unit 1206. The heat exchanger 1220 functions as a condenser (allows the refrigerant to exhaust heat to the outside air) when the VRF system 1200 operates in the cooling mode, or when the VRF system 1200 operates in the heating mode. Can also function as an evaporator (which allows the refrigerant to absorb heat from the outside air). The fan 1218 provides an airflow that flows through the heat exchanger 1220. The speed of the fan 1218 can be adjusted to adjust the heat transfer rate into or out of the refrigerant in the heat exchanger 1220.

各屋内ユニット1206は、熱交換器1226および膨脹弁1224を含むように示されている。熱交換器1226の各々は、屋内ユニット1206が加熱モードで動作する際には凝縮器(冷媒が部屋またはゾーン内の空気に排熱することを可能にする)として機能することも、屋内ユニット1206が冷却モードで動作する際には蒸発器(冷媒が部屋またはゾーン内の空気から吸熱することを可能にする)として機能することもできる。ファン1222は、熱交換器1226中を流れる気流を提供する。ファン1222の速度は、熱交換器1226内の冷媒内または冷媒外への熱伝達率を調節するために調整することができる。温度センサ1228は、屋内ユニット1206内の冷媒の温度を測定するために使用することができる。   Each indoor unit 1206 is shown to include a heat exchanger 1226 and an expansion valve 1224. Each of the heat exchangers 1226 can function as a condenser (which allows the refrigerant to exhaust heat into the air in the room or zone) when the indoor unit 1206 operates in the heating mode, or the indoor unit 1206. When operating in cooling mode, it can also function as an evaporator (allowing refrigerant to absorb heat from the air in the room or zone). Fan 1222 provides an airflow that flows through heat exchanger 1226. The speed of the fan 1222 can be adjusted to adjust the heat transfer rate into or out of the refrigerant in the heat exchanger 1226. The temperature sensor 1228 can be used to measure the temperature of the refrigerant in the indoor unit 1206.

図12Aでは、屋内ユニット1206は、冷却モードで動作するように示されている。冷却モードでは、冷媒は、冷却管1212を介して屋内ユニット1206に提供される。冷媒は、膨脹弁1224によって低温低圧状態に膨張され、建物内の部屋またはゾーンから吸熱するために熱交換器1226(蒸発器として機能する)中を流れる。次いで、加熱された冷媒は、還流管1210を介して屋外ユニット1202に還流し、圧縮機1214によって高温高圧状態に圧縮される。圧縮された冷媒は、熱交換器1220(凝縮器として機能する)中を流れ、外気に排熱する。次いで、冷却された冷媒は、冷却管1212を介して屋内ユニット1206に提供することができる。冷却モードでは、流量制御弁1236を閉鎖し、膨脹弁1234を完全に開放することができる。   In FIG. 12A, the indoor unit 1206 is shown to operate in a cooling mode. In the cooling mode, the refrigerant is provided to the indoor unit 1206 via the cooling pipe 1212. The refrigerant is expanded to a low temperature and low pressure state by an expansion valve 1224 and flows through a heat exchanger 1226 (acting as an evaporator) to absorb heat from a room or zone in the building. Next, the heated refrigerant is refluxed to the outdoor unit 1202 through the reflux pipe 1210 and compressed to a high temperature and high pressure state by the compressor 1214. The compressed refrigerant flows through the heat exchanger 1220 (functioning as a condenser) and exhausts heat to the outside air. The cooled refrigerant can then be provided to indoor unit 1206 via cooling tube 1212. In the cooling mode, the flow control valve 1236 can be closed and the expansion valve 1234 can be fully opened.

加熱モードでは、冷媒は、加熱管1208を介して高温状態で屋内ユニット1206に提供される。高温冷媒は、熱交換器1226(凝縮器として機能する)中を流れ、建物の部屋またはゾーン内の空気に排熱する。次いで、冷媒は、冷却管1212を介して屋外ユニットに還流する(図12Aに示される流れ方向とは反対に)。冷媒は、膨脹弁1234によって低温低圧状態に膨張することができる。膨張された冷媒は、熱交換器1220(蒸発器として機能する)中を流れ、外気から吸熱する。加熱された冷媒は、圧縮機1214によって圧縮し、高温圧縮状態で加熱管1208を介して屋内ユニット1206に提供することができる。加熱モードでは、流量制御弁1236は、圧縮機1214からの冷媒が加熱管1208に流れ込むことができるように、完全に開放することができる。   In the heating mode, the refrigerant is provided to the indoor unit 1206 at a high temperature via the heating pipe 1208. The hot refrigerant flows through the heat exchanger 1226 (which functions as a condenser) and exhausts heat to the air in the building room or zone. The refrigerant then flows back to the outdoor unit via the cooling pipe 1212 (as opposed to the flow direction shown in FIG. 12A). The refrigerant can be expanded to a low temperature and low pressure state by an expansion valve 1234. The expanded refrigerant flows through the heat exchanger 1220 (functioning as an evaporator) and absorbs heat from the outside air. The heated refrigerant can be compressed by the compressor 1214 and provided to the indoor unit 1206 through the heating pipe 1208 in a high-temperature compressed state. In the heating mode, the flow control valve 1236 can be fully opened so that the refrigerant from the compressor 1214 can flow into the heating tube 1208.

極値探索コントローラ502は、屋外ユニット1202によって消費された総電力Poutdoorおよび各屋内ユニット1206によって消費された総電力Pindoorを表す電力入力Ptotal(すなわち、Ptotal=Poutdoor+Pindoor)を受信するように示されている。屋外ユニット電力Poutdoorは、圧縮機1214および/またはファン1218の電力消費量を含み得る。屋内ユニット電力Pindoorは、屋内ユニット1206内のファン1222および/または他の任意の電力消費デバイスあるいは熱回収ユニット1204(例えば、電子弁、ポンプ、ファンなど)の電力消費量を含み得る。図12Aに示されるように、電力入力PoutdoorおよびPindoorは、総電力Ptotalを表す組合せ信号を提供するために、極値探索コントローラ502の外部の総和ブロック1230で総和することができる。他の実施形態では、極値探索コントローラ502は、個々の電力入力PoutdoorおよびPindoorを受信し、総和ブロック1230の総和を実施する。いずれの事例でも、極値探索コントローラ502は、総システム電力を表す単一の総和または組合せ信号Ptotalとして電力入力が提供される場合であっても、電力入力PoutdoorおよびPindoorを受信することが言える。 Extremum search controller 502, power input represents the total power P indoor consumed by the total power P outdoor and the indoor unit 1206, which is consumed by the outdoor unit 1202 P total (i.e., P total = P outdoor + P indoor) receive Shown to be. The outdoor unit power Poutdoor may include the power consumption of the compressor 1214 and / or the fan 1218. Indoor unit power P indoor may include the power consumption of fan 1222 and / or any other power consuming device or heat recovery unit 1204 (eg, electronic valve, pump, fan, etc.) within indoor unit 1206. As shown in FIG 12A, the power input P outdoor and P indoor, in order to provide a combined signal representative of the total power P total, it is possible to sum outside the summation block 1230 extremum search controller 502. In other embodiments, the extremum search controller 502 receives the individual power inputs P outdoor and P indoor and performs the summation of the summation block 1230. In either case, extreme value search controller 502, even if the single sum or power input as a combination signal P total representing the total system power is provided, receiving power input P outdoor and P indoor I can say.

いくつかの実施形態では、総システム電力Ptotalは、極値探索コントローラ502が最適化(例えば、最小化)しようと努める性能変数である。総システム電力Ptotalは、VRFシステム1200の1つまたは複数のコンポーネントの電力消費量を含み得る。図12Aに示される実施形態では、総システム電力Ptotalは、PoutdoorおよびPindoorを含む。しかし、様々な他の実施形態では、総システム電力Ptotalは、電力入力のいかなる組合せも含み得る。例えば、総システム電力Ptotalは、回収ユニット1204、屋内ユニット1206、屋外ユニット1202、ポンプの電力消費量および/またはVRFシステム1200内で生じる他の任意の電力消費量を含み得る。 In some embodiments, the total system power P total is a performance variable that the extremum search controller 502 seeks to optimize (eg, minimize). The total system power P total may include the power consumption of one or more components of the VRF system 1200. In the embodiment shown in FIG. 12A, the total system power P total includes P outdoor and P indoor. However, in various other embodiments, the total system power P total may include any combination of power inputs. For example, the total system power P total may include the recovery unit 1204, the indoor unit 1206, the outdoor unit 1202, pump power consumption and / or any other power consumption that occurs within the VRF system 1200.

極値探索コントローラ502は、屋外ユニットコントローラ1232に圧力セットポイントPspを提供するように示されている。いくつかの実施形態では、圧力セットポイントPspは、極値探索コントローラ502が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。圧力セットポイントPspは、圧縮機1214の吸入または吐出における冷媒の圧力Pに対するセットポイントである。冷媒圧力Pは、圧縮機1214の吸入側(例えば、圧縮機1214の上流)または圧縮機1214の吐出側(例えば、圧縮機1214の下流)に位置する圧力センサ1216によって測定することができる。屋外ユニットコントローラ1232は、フィードバック信号として冷媒圧力Pを受信するように示されている。 The extreme value search controller 502 is shown to provide the pressure setpoint P sp to the outdoor unit controller 1232. In some embodiments, the pressure setpoint Psp is an manipulated variable that the extreme value search controller 502 adjusts to affect the total system power Ptotal . The pressure setpoint P sp is the set point for the pressure P r of the refrigerant in the suction or discharge of the compressor 1214. Refrigerant pressure P r is the suction side of the compressor 1214 (e.g., upstream of the compressor 1214) can be measured or the discharge side of the compressor 1214 (e.g., downstream of the compressor 1214) by a pressure sensor 1216 located. Outdoor unit controller 1232 is shown to receive the refrigerant pressure P r as a feedback signal.

屋外ユニットコントローラ1232は、極値探索コントローラ502によって提供される圧力セットポイントPspを達成するように屋外ユニット1202を操作することができる。屋外ユニット1202を操作することは、圧縮機1214の速度および/またはファン1218の速度を調整することを含み得る。例えば、屋外ユニットコントローラ1232は、圧縮機吐出圧力を増加させるかまたは圧縮機吸入圧力を減少させるために圧縮機1214の速度を上げることができる。屋外ユニットコントローラ1232は、熱交換器1220内の熱伝達を増加させるためにファン1218の速度を上げることも、熱交換器1220内の熱伝達を減少させるためにファン1218の速度を下げることもできる。 The outdoor unit controller 1232 can operate the outdoor unit 1202 to achieve the pressure set point P sp provided by the extreme value search controller 502. Operating the outdoor unit 1202 may include adjusting the speed of the compressor 1214 and / or the speed of the fan 1218. For example, the outdoor unit controller 1232 can increase the speed of the compressor 1214 to increase the compressor discharge pressure or decrease the compressor suction pressure. The outdoor unit controller 1232 can increase the speed of the fan 1218 to increase heat transfer in the heat exchanger 1220 or decrease the speed of the fan 1218 to decrease heat transfer in the heat exchanger 1220. .

極値探索コントローラ502は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、圧力セットポイントPsp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。屋外ユニットコントローラ1232および極値探索コントローラ502は別個のデバイスとして示されているが、いくつかの実施形態では、屋外ユニットコントローラ1232および極値探索コントローラ502を組み合わせて単一のデバイス(例えば、極値探索コントローラ502および屋外ユニットコントローラ1232の両方の機能を実行する単一のコントローラ)にできることが企図される。例えば、極値探索コントローラ502は、中間屋外ユニットコントローラ1232を必要とすることなく、圧縮機1214および/またはファン1218を直接操作するように構成することができる。 The extreme value search controller 502 dynamically searches for an unknown input (eg, pressure set point P sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach the optimal value. Implement a search control strategy. Although outdoor unit controller 1232 and extreme value search controller 502 are shown as separate devices, in some embodiments, outdoor unit controller 1232 and extreme value search controller 502 can be combined into a single device (eg, extreme value). It is contemplated that it can be a single controller that performs the functions of both the search controller 502 and the outdoor unit controller 1232. For example, the extreme value search controller 502 can be configured to directly operate the compressor 1214 and / or the fan 1218 without the need for the intermediate outdoor unit controller 1232.

ここで図12Bおよび12Cを参照すると、いくつかの実施形態による、VRFシステム1200の極値探索コントローラ502の動作を示す1対のフロー図1250および1270が示されている。両方のフロー図1250および1270では、極値探索コントローラ502は、VRFシステム1200の屋外ユニット1202の冷媒圧力を制御するように動作するコントローラ(例えば、屋外ユニットコントローラ1232)に圧力セットポイントPspを提供する(ブロック1252および1272)。冷媒圧力は、圧縮機吸入圧力または圧縮機吐出圧力であり得る。極値探索コントローラ502は、フィードバック信号としてVRFシステム1200の総電力消費量Ptotalを受信することができる(ブロック1254および1274)。 Referring now to FIGS. 12B and 12C, a pair of flow diagrams 1250 and 1270 illustrating the operation of the extreme value search controller 502 of the VRF system 1200 are shown in accordance with some embodiments. In both flow diagrams 1250 and 1270, the extreme value search controller 502 provides a pressure setpoint P sp to a controller (eg, outdoor unit controller 1232) that operates to control the refrigerant pressure of the outdoor unit 1202 of the VRF system 1200. (Blocks 1252 and 1272). The refrigerant pressure can be a compressor suction pressure or a compressor discharge pressure. The extreme value search controller 502 may receive the total power consumption P total of the VRF system 1200 as a feedback signal (blocks 1254 and 1274).

フロー図1250では、極値探索コントローラ502は、冷媒圧力セットポイントPspに対する総電力消費量Ptotalの勾配を推定する(ブロック1256)。極値探索コントローラ502は、圧力セットポイントPspを調節することによって得られた勾配をゼロに至らせることにより、VRFシステム1200上の制御を提供することができる(ブロック1258)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、確率論的励起信号を生成し(ブロック1260)、確率論的励起信号を使用して新しい冷媒圧力セットポイントPspを生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、確率論的励起信号を用いて冷媒圧力セットポイントPspに摂動を与えることによって、新しい圧力セットポイントPspを生成することができる(ブロック1262)。 In the flow diagram 1250, the extreme value search controller 502 estimates the slope of the total power consumption Ptotal relative to the refrigerant pressure set point Psp (block 1256). The extreme value search controller 502 can provide control on the VRF system 1200 by bringing the slope obtained by adjusting the pressure setpoint P sp to zero (block 1258). In some embodiments, the extreme value search controller 502 generates a stochastic excitation signal (block 1260) and uses the stochastic excitation signal to generate a new refrigerant pressure setpoint Psp . For example, the extreme value search controller 502 can generate a new pressure set point P sp by perturbing the refrigerant pressure set point P sp using a stochastic excitation signal (block 1262).

フロー図1270では、極値探索コントローラ502は、総電力消費量Ptotalを冷媒圧力セットポイントPspと関係付ける正規化相関係数を推定する(ブロック1276)。極値探索コントローラ502は、冷媒圧力セットポイントPspを調節することによって推定相関係数をゼロに至らせることにより、VRFシステム1200上の制御を提供することができる(ブロック1278)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、励起信号を生成し(ブロック1280)、励起信号を使用して新しい冷媒圧力セットポイントPspを生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、励起信号を用いて冷媒圧力セットポイントPspに摂動を与えることによって、新しい圧力セットポイントPspを生成することができる(ブロック1282)。 In the flow diagram 1270, the extreme value search controller 502 estimates a normalized correlation coefficient that relates the total power consumption P total to the refrigerant pressure set point P sp (block 1276). The extreme value search controller 502 can provide control on the VRF system 1200 by bringing the estimated correlation coefficient to zero by adjusting the refrigerant pressure set point P sp (block 1278). In some embodiments, the extreme value search controller 502 generates an excitation signal (block 1280) and uses the excitation signal to generate a new refrigerant pressure setpoint Psp . For example, the extreme value search controller 502 can generate a new pressure set point P sp by perturbing the refrigerant pressure set point P sp using the excitation signal (block 1282).

可変冷媒流量システム1300
ここで図13Aを参照すると、いくつかの実施形態による別の可変冷媒流量(VRF)システム1300が示されている。VRFシステム1300は、図12Aを参照して説明されるようなVRFシステム1200のコンポーネントのいくつかまたはすべてを含み得る。例えば、VRFシステム1300は、屋外ユニット1302、いくつかの熱回収ユニット1304およびいくつかの屋内ユニット1306を含むように示されている。
Variable refrigerant flow system 1300
Referring now to FIG. 13A, another variable refrigerant flow (VRF) system 1300 is shown according to some embodiments. VRF system 1300 may include some or all of the components of VRF system 1200 as described with reference to FIG. 12A. For example, the VRF system 1300 is shown to include an outdoor unit 1302, several heat recovery units 1304, and several indoor units 1306.

屋外ユニット1302は、圧縮機1314および熱交換器1320を含むように示されている。圧縮機1314は、熱交換器1320と屋内ユニット1306との間で冷媒を循環させる。熱交換器1320は、VRFシステム1300が冷却モードで動作する際には凝縮器(冷媒が外気に排熱することを可能にする)として機能することも、VRFシステム1300が加熱モードで動作する際には蒸発器(冷媒が外気から吸熱することを可能にする)として機能することもできる。ファン1318は、熱交換器1320中を流れる気流を提供する。ファン1318の速度は、熱交換器1320内の冷媒内または冷媒外への熱伝達率を調節するために調整することができる。   Outdoor unit 1302 is shown to include a compressor 1314 and a heat exchanger 1320. The compressor 1314 circulates the refrigerant between the heat exchanger 1320 and the indoor unit 1306. The heat exchanger 1320 functions as a condenser (allows the refrigerant to exhaust heat to the outside air) when the VRF system 1300 operates in the cooling mode, or when the VRF system 1300 operates in the heating mode. Can also function as an evaporator (which allows the refrigerant to absorb heat from the outside air). Fan 1318 provides an airflow that flows through heat exchanger 1320. The speed of the fan 1318 can be adjusted to adjust the heat transfer rate into or out of the refrigerant in the heat exchanger 1320.

各屋内ユニット1306は、熱交換器1326および膨脹弁1324を含むように示されている。熱交換器1326の各々は、屋内ユニット1306が加熱モードで動作する際には凝縮器(冷媒が部屋またはゾーン内の空気に排熱することを可能にする)として機能することも、屋内ユニット1306が冷却モードで動作する際には蒸発器(冷媒が部屋またはゾーン内の空気から吸熱することを可能にする)として機能することもできる。ファン1322は、熱交換器1326中を流れる気流を提供する。ファン1322の速度は、熱交換器1326内の冷媒内または冷媒外への熱伝達率を調節するために調整することができる。温度センサ1328は、屋内ユニット1306内の冷媒の温度Tを測定するために使用することができる。 Each indoor unit 1306 is shown to include a heat exchanger 1326 and an expansion valve 1324. Each of the heat exchangers 1326 can function as a condenser (which allows the refrigerant to exhaust heat into the air in the room or zone) when the indoor unit 1306 operates in the heating mode. When operating in cooling mode, it can also function as an evaporator (allowing refrigerant to absorb heat from the air in the room or zone). Fan 1322 provides an airflow that flows through heat exchanger 1326. The speed of the fan 1322 can be adjusted to adjust the heat transfer rate into or out of the refrigerant in the heat exchanger 1326. The temperature sensor 1328 can be used to measure the temperature Tr of the refrigerant in the indoor unit 1306.

極値探索コントローラ502は、屋外ユニット1302によって消費された総電力Poutdoorおよび各屋内ユニット1306によって消費された総電力Pindoorを表す電力入力Ptotal(すなわち、Ptotal=Poutdoor+Pindoor)を受信するように示されている。屋外ユニット電力Poutdoorは、圧縮機1314および/またはファン1318の電力消費量を含み得る。屋内ユニット電力Pindoorは、屋内ユニット1306内のファン1322および/または他の任意の電力消費デバイスあるいは熱回収ユニット1304(例えば、電子弁、ポンプ、ファンなど)の電力消費量を含み得る。 Extremum search controller 502, power input represents the total power P indoor consumed by the total power P outdoor and the indoor unit 1306 consumed by the outdoor unit 1302 P total (i.e., P total = P outdoor + P indoor) receive Shown to be. The outdoor unit power Poutdoor may include the power consumption of the compressor 1314 and / or the fan 1318. Indoor unit power P indoor may include the power consumption of fan 1322 and / or any other power consuming device or heat recovery unit 1304 (eg, electronic valve, pump, fan, etc.) within indoor unit 1306.

いくつかの実施形態では、総システム電力Ptotalは、極値探索コントローラ502が最適化(例えば、最小化)しようと努める性能変数である。総システム電力Ptotalは、VRFシステム1300の1つまたは複数のコンポーネントの電力消費量を含み得る。図13Aに示される実施形態では、総システム電力Ptotalは、PoutdoorおよびPindoorを含む。しかし、様々な他の実施形態では、総システム電力Ptotalは、電力入力のいかなる組合せも含み得る。例えば、総システム電力Ptotalは、回収ユニット1304、屋内ユニット1306、屋外ユニット1302、ポンプの電力消費量および/またはVRFシステム1300内で生じる他の任意の電力消費量を含み得る。 In some embodiments, the total system power P total is a performance variable that the extremum search controller 502 seeks to optimize (eg, minimize). The total system power P total may include the power consumption of one or more components of the VRF system 1300. In the embodiment shown in FIG. 13A, the total system power P total includes P outdoor and P indoor. However, in various other embodiments, the total system power P total may include any combination of power inputs. For example, total system power P total may include recovery unit 1304, indoor unit 1306, outdoor unit 1302, pump power consumption and / or any other power consumption that occurs within VRF system 1300.

極値探索コントローラ502は、屋外ユニットコントローラ1332に圧力セットポイントPspを提供し、屋内ユニットコントローラ1338に過熱温度セットポイントTspを提供するように示されている。いくつかの実施形態では、圧力セットポイントPspおよび過熱温度セットポイントTspは、極値探索コントローラ502が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。圧力セットポイントPspは、圧縮機1314の吸入または吐出における冷媒の圧力Pに対するセットポイントである。過熱温度セットポイントTspは、熱交換器1326の排出口における冷媒の過熱の量(すなわち、冷媒の温度T−冷媒飽和温度)に対するセットポイントである。 The extreme value search controller 502 is shown to provide a pressure set point P sp to the outdoor unit controller 1332 and a superheat temperature set point T sp to the indoor unit controller 1338. In some embodiments, the pressure set point P sp and the superheat temperature set point T sp are manipulated variables that the extremum search controller 502 adjusts to affect the total system power P total . The pressure setpoint P sp is the set point for the pressure P r of the refrigerant in the suction or discharge of the compressor 1314. The superheat temperature set point T sp is a set point for the amount of refrigerant superheat at the outlet of the heat exchanger 1326 (that is, the refrigerant temperature T r -the refrigerant saturation temperature).

冷媒圧力Pは、圧縮機1314の吸入側(例えば、圧縮機1314の上流)または圧縮機1314の吐出側(例えば、圧縮機1314の下流)に位置する圧力センサ1316によって測定することができる。屋外ユニットコントローラ1332は、フィードバック信号として冷媒圧力Pを受信するように示されている。屋外ユニットコントローラ1332は、極値探索コントローラ502によって提供される圧力セットポイントPspを達成するように屋外ユニット1302を操作することができる。屋外ユニット1302を操作することは、圧縮機1314の速度および/またはファン1318の速度を調整することを含み得る。例えば、屋外ユニットコントローラ1332は、圧縮機吐出圧力を増加させるかまたは圧縮機吸入圧力を減少させるために圧縮機1314の速度を上げることができる。屋外ユニットコントローラ1332は、熱交換器1320内の熱伝達を増加させるためにファン1318の速度を上げることも、熱交換器1320内の熱伝達を減少させるためにファン1318の速度を下げることもできる。 Refrigerant pressure P r is the suction side of the compressor 1314 (e.g., upstream of the compressor 1314) can be measured by a pressure sensor 1316 located in or discharge side of the compressor 1314 (e.g., downstream of the compressor 1314). Outdoor unit controller 1332 is shown to receive the refrigerant pressure P r as a feedback signal. The outdoor unit controller 1332 can operate the outdoor unit 1302 to achieve the pressure set point P sp provided by the extreme value search controller 502. Operating the outdoor unit 1302 may include adjusting the speed of the compressor 1314 and / or the speed of the fan 1318. For example, the outdoor unit controller 1332 can increase the speed of the compressor 1314 to increase the compressor discharge pressure or decrease the compressor suction pressure. The outdoor unit controller 1332 can increase the speed of the fan 1318 to increase heat transfer in the heat exchanger 1320 and can decrease the speed of the fan 1318 to decrease heat transfer in the heat exchanger 1320. .

冷媒の過熱Tsuperは、冷媒の温度Tから冷媒飽和温度Tsatを減ずること(すなわち、Tsuper=T−Tsat)によって計算することができる(屋内ユニットコントローラ1338によって)。冷媒温度Tは、熱交換器1326の排出口に位置する温度センサ1328によって測定することができる。屋内ユニットコントローラ1338は、フィードバック信号として冷媒圧力Tを受信するように示されている。屋内ユニットコントローラ1338は、極値探索コントローラ502によって提供される過熱温度セットポイントTspを達成するように屋内ユニット1306を操作することができる。屋内ユニット1306を操作することは、ファン1322の速度を調整することおよび/または膨脹弁1324の位置を調整することを含み得る。例えば、屋内ユニットコントローラ1338は、熱交換器1326内の熱伝達を増加させるためにファン1322の速度を上げることも、熱交換器1326内の熱伝達を減少させるためにファン1322の速度を下げることもできる。同様に、屋内ユニットコントローラ1338は、屋内ユニット1306中を流れる冷媒を増加させるために弁1324を開位置に近づけることも、屋内ユニット1306中を流れる冷媒を減少させるために弁1324を閉位置に近づけることもできる。 The refrigerant superheat T super can be calculated (by the indoor unit controller 1338) by subtracting the refrigerant saturation temperature T sat from the refrigerant temperature T r (ie, T super = T r −T sat ). The refrigerant temperature Tr can be measured by a temperature sensor 1328 located at the outlet of the heat exchanger 1326. The indoor unit controller 1338 is shown to receive the refrigerant pressure Tr as a feedback signal. Indoor unit controller 1338 can operate the indoor unit 1306 so as to achieve a superheating temperature setpoint T sp provided by extremum search controller 502. Operating the indoor unit 1306 may include adjusting the speed of the fan 1322 and / or adjusting the position of the expansion valve 1324. For example, the indoor unit controller 1338 increases the speed of the fan 1322 to increase heat transfer in the heat exchanger 1326 and decreases the speed of the fan 1322 to decrease heat transfer in the heat exchanger 1326. You can also. Similarly, the indoor unit controller 1338 moves the valve 1324 closer to the open position to increase the refrigerant flowing through the indoor unit 1306, or moves the valve 1324 closer to the closed position to decrease the refrigerant flowing through the indoor unit 1306. You can also.

極値探索コントローラ502は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、圧力セットポイントPspおよび/または過熱温度セットポイントTsp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。屋外ユニットコントローラ1332、屋内ユニットコントローラ1338および極値探索コントローラ502は別個のデバイスとして示されているが、いくつかの実施形態では、屋外ユニットコントローラ1332、屋内ユニットコントローラ1338および極値探索コントローラ502を組み合わせて単一のデバイス(例えば、極値探索コントローラ502、屋外ユニットコントローラ1332および屋内ユニットコントローラ1338の機能を実行する単一のコントローラ)にできることが企図される。例えば、極値探索コントローラ502は、中間屋外ユニットコントローラ1332または屋内ユニットコントローラ1338を必要とすることなく、圧縮機1314、ファン1318、ファン1322および/または弁1324を直接操作するように構成することができる。 The extreme value search controller 502 may provide unknown inputs (eg, pressure set point P sp and / or superheat temperature set point T sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach an optimal value. Implement an extreme value search control strategy that dynamically searches for Although the outdoor unit controller 1332, the indoor unit controller 1338, and the extreme value search controller 502 are shown as separate devices, in some embodiments, the outdoor unit controller 1332, the indoor unit controller 1338, and the extreme value search controller 502 are combined. It is contemplated that a single device (e.g., a single controller that performs the functions of extreme search controller 502, outdoor unit controller 1332, and indoor unit controller 1338) can be used. For example, the extreme value search controller 502 may be configured to directly operate the compressor 1314, fan 1318, fan 1322 and / or valve 1324 without the need for an intermediate outdoor unit controller 1332 or indoor unit controller 1338. it can.

ここで図13Bおよび13Cを参照すると、いくつかの実施形態による、VRFシステム1300の極値探索コントローラ502の動作を示す1対のフロー図1350および1370が示されている。両方のフロー図1350および1370では、極値探索コントローラ502は、VRFシステム1300の屋外ユニット1302の冷媒圧力を制御するように動作するコントローラ(例えば、屋外ユニットコントローラ1332)に圧力セットポイントPspを提供する(ブロック1352および1372)。冷媒圧力は、圧縮機吸入圧力または圧縮機吐出圧力であり得る。また、極値探索コントローラ502は、VRFシステム1300の屋内ユニットの冷媒温度を制御するように動作するコントローラ(例えば、屋内ユニットコントローラ1338)に過熱温度セットポイントを提供する(ブロック1353および1373)。極値探索コントローラ502は、フィードバック信号としてVRFシステム1300の総電力消費量Ptotalを受信することができる(ブロック1354および1374)。 Referring now to FIGS. 13B and 13C, a pair of flow diagrams 1350 and 1370 illustrating the operation of the extreme value search controller 502 of the VRF system 1300 are shown in accordance with some embodiments. In both flow diagrams 1350 and 1370, extreme search controller 502 provides a pressure setpoint P sp to a controller (eg, outdoor unit controller 1332) that operates to control the refrigerant pressure of outdoor unit 1302 of VRF system 1300. (Blocks 1352 and 1372). The refrigerant pressure can be a compressor suction pressure or a compressor discharge pressure. The extreme value search controller 502 also provides an overheat temperature setpoint to a controller (eg, indoor unit controller 1338) that operates to control the refrigerant temperature of the indoor units of the VRF system 1300 (blocks 1353 and 1373). The extreme value search controller 502 may receive the total power consumption P total of the VRF system 1300 as a feedback signal (blocks 1354 and 1374).

フロー図1350では、極値探索コントローラ502は、冷媒圧力セットポイントPspに対する総電力消費量Ptotalの第1の勾配と、冷媒過熱温度セットポイントTspに対する総電力消費量Ptotalの第2の勾配とを推定する(ブロック1356)。極値探索コントローラ502は、圧力セットポイントPspおよび過熱温度セットポイントTspを調節することによって得られた勾配をゼロに至らせることにより、VRFシステム1300上の制御を提供することができる(ブロック1358)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、確率論的励起信号を生成し(ブロック1360)、確率論的励起信号を使用して新しい冷媒圧力セットポイントPspおよび新しい冷媒過熱温度セットポイントTspを生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、第1の確率論的励起信号を用いて冷媒圧力セットポイントPspに摂動を与えることによって、新しい圧力セットポイントPspを生成することができ、第2の確率論的励起信号を用いて温度セットポイントTspに摂動を与えることによって、新しい過熱温度セットポイントTspを生成することができる(ブロック1362)。 In flow diagram 1350, extremum search controller 502, the first total power consumption P total for refrigerant pressure setpoint P sp gradient and, the total power consumption P total for refrigerant superheat setpoint T sp second The gradient is estimated (block 1356). Extremum search controller 502, by bringing the slope obtained by adjusting the pressure setpoint P sp and superheat setpoint T sp to zero, it is possible to provide a control on the VRF system 1300 (Block 1358). In some embodiments, the extreme search controller 502 generates a stochastic excitation signal (block 1360) and uses the stochastic excitation signal to create a new refrigerant pressure setpoint Psp and a new refrigerant superheat temperature setpoint. T sp is generated. For example, the extreme value search controller 502 can generate a new pressure set point P sp by perturbing the refrigerant pressure set point P sp using the first stochastic excitation signal, and the second probability by perturbing the temperature set point T sp using logical excitation signal, it is possible to generate a new superheating temperature setpoint T sp (block 1362).

フロー図1370では、極値探索コントローラ502は、総電力消費量Ptotalを冷媒圧力セットポイントPspと関係付ける第1の正規化相関係数と、総電力消費量Ptotalを冷媒過熱温度セットポイントTspと関係付ける第2の正規化相関係数とを推定する(ブロック1376)。極値探索コントローラ502は、冷媒圧力セットポイントPspおよび冷媒過熱温度セットポイントTspを調節することによって推定相関係数をゼロに至らせることにより、VRFシステム1300上の制御を提供することができる(ブロック1378)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、励起信号を生成し(ブロック1380)、励起信号を使用して新しい冷媒圧力セットポイントPspおよび新しい冷媒過熱温度セットポイントTspを生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、第1の励起信号を用いて冷媒圧力セットポイントPspに摂動を与えることによって、新しい圧力セットポイントPspを生成することができ、第2の励起信号を用いて温度セットポイントTspに摂動を与えることによって、新しい過熱温度セットポイントTspを生成することができる(ブロック1382)。 In flow diagram 1370, extremum search controller 502, first and normalized correlation coefficient, the refrigerant superheat setpoint total power consumption P total relating the total power consumption P total refrigerant pressure setpoint P sp estimating a second normalized correlation coefficient which relates the T sp (block 1376). The extreme value search controller 502 can provide control on the VRF system 1300 by bringing the estimated correlation coefficient to zero by adjusting the refrigerant pressure set point P sp and the refrigerant superheat temperature set point T sp. (Block 1378). In some embodiments, the extreme value search controller 502 generates an excitation signal (block 1380) and uses the excitation signal to generate a new refrigerant pressure set point P sp and a new refrigerant superheat temperature set point T sp . For example, the extreme value search controller 502 can generate a new pressure set point P sp by perturbing the refrigerant pressure set point P sp using the first excitation signal, and using the second excitation signal. by perturbing the temperature setpoint T sp Te, it is possible to generate a new superheating temperature setpoint T sp (block 1382).

蒸気圧縮システム1400
ここで図14Aを参照すると、いくつかの実施形態による蒸気圧縮空調システム1400が示されている。システム1400は、冷媒回路1410を含むように示されている。冷媒回路1410は、凝縮器1412、蒸発器1414、膨脹弁1424および圧縮機1406を含む。圧縮機1406は、蒸発器1414と凝縮器1412との間で冷媒を循環させるように構成される。冷媒回路1410は、蒸気圧縮サイクルを使用して動作する。例えば、圧縮機1406は、冷媒を高温高圧状態に圧縮する。圧縮された冷媒は、凝縮器1412中を流れ、凝縮器1412では、冷媒は排熱する。凝縮器ファン1432は、凝縮器1412内の熱伝達率を調節するために使用することができる。冷却された冷媒は、膨脹弁1424によって低圧低温状態に膨張される。膨張された冷媒は、蒸発器1414中を流れ、蒸発器1414では、冷媒は吸熱する。蒸発器ファン1416は、蒸発器1414内の熱伝達率を調節するために使用することができる。
Vapor compression system 1400
Referring now to FIG. 14A, a vapor compression air conditioning system 1400 is shown according to some embodiments. System 1400 is shown to include a refrigerant circuit 1410. The refrigerant circuit 1410 includes a condenser 1412, an evaporator 1414, an expansion valve 1424, and a compressor 1406. The compressor 1406 is configured to circulate refrigerant between the evaporator 1414 and the condenser 1412. The refrigerant circuit 1410 operates using a vapor compression cycle. For example, the compressor 1406 compresses the refrigerant into a high temperature and high pressure state. The compressed refrigerant flows through the condenser 1412, and the refrigerant exhausts heat in the condenser 1412. Condenser fan 1432 can be used to adjust the heat transfer rate within condenser 1412. The cooled refrigerant is expanded to a low pressure and low temperature state by an expansion valve 1424. The expanded refrigerant flows in the evaporator 1414, and the refrigerant absorbs heat in the evaporator 1414. The evaporator fan 1416 can be used to adjust the heat transfer rate within the evaporator 1414.

いくつかの実施形態では、冷媒回路1410は、図14Aに示されるように、屋上ユニット1402(例えば、屋上空気処理ユニット)内に位置する。屋上ユニット1402は、エアダクト1422中を流れる給気1420に対する冷却を提供するように構成することができる。例えば、蒸発器1414は、エアダクト1422内に位置し、その結果、給気1420は、蒸発器1414中を流れ、蒸発器1414内の膨張された冷媒に熱を伝達することによって冷却することができる。次いで、冷却された気流は、建物の部屋またはゾーンに冷房を提供するために、建物に送ることができる。給気1420の温度は、蒸発器1414の下流(例えば、ダクト1422内)に位置する温度センサ1418によって測定することができる。他の実施形態では、冷媒回路1410は、蒸気圧縮サイクルを使用して熱を伝達する様々な他のシステムまたはデバイス(例えば、冷凍機、ヒートポンプ、熱回収冷凍機、冷凍デバイスなど)のいずれかで使用することができる。   In some embodiments, the refrigerant circuit 1410 is located in a rooftop unit 1402 (eg, a rooftop air treatment unit), as shown in FIG. 14A. Rooftop unit 1402 can be configured to provide cooling to air supply 1420 flowing through air duct 1422. For example, the evaporator 1414 is located in the air duct 1422 so that the charge 1420 can flow through the evaporator 1414 and be cooled by transferring heat to the expanded refrigerant in the evaporator 1414. . The cooled airflow can then be sent to the building to provide cooling to the building room or zone. The temperature of the supply air 1420 can be measured by a temperature sensor 1418 located downstream of the evaporator 1414 (eg, in the duct 1422). In other embodiments, the refrigerant circuit 1410 is in any of a variety of other systems or devices (eg, refrigerators, heat pumps, heat recovery refrigerators, refrigeration devices, etc.) that transfer heat using a vapor compression cycle. Can be used.

極値探索コントローラ502は、圧縮機1406 Pcomp、蒸発器ファン1416 Pfan,evapおよび凝縮器ファン1432 Pfan,condによって消費された総電力を表す電力入力Ptotal(すなわち、Ptotal=Pcomp+Pfan,evap+Pfan,cond)を受信するように示されている。図14Aに示されるように、電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condは、総電力Ptotalを表す組合せ信号を提供するために、極値探索コントローラ502の外部の総和ブロック1408で総和することができる。他の実施形態では、極値探索コントローラ502は、個々の電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを受信し、総和ブロック1408の総和を実施する。いずれの事例でも、極値探索コントローラ502は、総システム電力を表す単一の総和または組合せ信号Ptotalとして電力入力が提供される場合であっても、電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを受信することが言える。 The extreme value search controller 502 has a power input P total representing the total power consumed by the compressor 1406 P comp , the evaporator fan 1416 P fan, evap and the condenser fan 1432 P fan, cond (ie, P total = P comp + P fan, evav + P fan, cond ). As shown in FIG. 14A, power inputs P comp , P fan, evap and P fan, cond are summation block 1408 external to extremum search controller 502 to provide a combined signal representative of total power P total. Can be summed up. In other embodiments, the extreme value search controller 502 receives the individual power inputs P comp , P fan, evap and P fan, cond and performs the summation of the summation block 1408. In any case, the extremum search controller 502 may provide power inputs P comp , P fan, evap and P even if the power inputs are provided as a single sum representing the total system power or a combined signal P total. It can be said that fan and cond are received.

いくつかの実施形態では、総システム電力Ptotalは、極値探索コントローラ502が最適化(例えば、最小化)しようと努める性能変数である。総システム電力Ptotalは、蒸気圧縮システム1400の1つまたは複数のコンポーネントの電力消費量を含み得る。図14Aに示される実施形態では、総システム電力Ptotalは、Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを含む。しかし、様々な他の実施形態では、総システム電力Ptotalは、電力入力のいかなる組合せも含み得る。例えば、総システム電力Ptotalは、屋上ユニット1402内の様々な他のファンの電力消費量、流体ポンプの電力消費量および/または蒸気圧縮システム1400内で生じる他の任意の電力消費量を含み得る。 In some embodiments, the total system power P total is a performance variable that the extremum search controller 502 seeks to optimize (eg, minimize). The total system power P total may include the power consumption of one or more components of the vapor compression system 1400. In the embodiment shown in FIG. 14A, the total system power P total includes P comp, P fan, evap and P fan, a cond. However, in various other embodiments, the total system power P total may include any combination of power inputs. For example, the total system power P total may include the power consumption of various other fans in the rooftop unit 1402, the power consumption of the fluid pump, and / or any other power consumption that occurs in the vapor compression system 1400. .

極値探索コントローラ502は、フィードバックコントローラ1404に温度セットポイントTspを提供するように示されている。いくつかの実施形態では、温度セットポイントTspは、極値探索コントローラ502が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。温度セットポイントTspは、蒸発器1414を出る給気1420の温度に対するセットポイントである。給気温度Tsaは、蒸発器1414の下流に位置する温度センサ1418によって測定することができる。フィードバックコントローラ1404は、フィードバック信号として給気温度Tsaを受信するように示されている。 The extreme value search controller 502 is shown to provide a temperature setpoint T sp to the feedback controller 1404. In some embodiments, the temperature setpoint Tsp is an manipulated variable that the extreme value search controller 502 adjusts to affect the total system power Ptotal . The temperature set point T sp is a set point for the temperature of the charge air 1420 exiting the evaporator 1414. The supply air temperature Tsa can be measured by a temperature sensor 1418 located downstream of the evaporator 1414. The feedback controller 1404 is shown to receive the supply air temperature Tsa as a feedback signal.

フィードバックコントローラ1404は、極値探索コントローラ502によって提供される温度セットポイントTspを達成するように蒸発器ファン1416、凝縮器ファン1432および/または圧縮機1406を操作することができる。例えば、フィードバックコントローラ1404は、蒸発器1414内の給気1420から除去される熱の量を増加させるために蒸発器ファン1416の速度を上げることも、蒸発器1414内の給気1420から除去される熱の量を減少させるために蒸発器ファン1416の速度を下げることもできる。同様に、フィードバックコントローラ1404は、凝縮器1412内の冷媒から除去される熱の量を増加させるために凝縮器ファン1432の速度を上げることも、凝縮器1412内の冷媒から除去される熱の量を減少させるために凝縮器ファン1432の速度を下げることもできる。 The feedback controller 1404 can operate the evaporator fan 1416, the condenser fan 1432, and / or the compressor 1406 to achieve the temperature set point Tsp provided by the extreme value search controller 502. For example, the feedback controller 1404 increases the speed of the evaporator fan 1416 to increase the amount of heat removed from the charge 1420 in the evaporator 1414 and is also removed from the charge 1420 in the evaporator 1414. The speed of the evaporator fan 1416 can also be reduced to reduce the amount of heat. Similarly, the feedback controller 1404 can increase the speed of the condenser fan 1432 to increase the amount of heat removed from the refrigerant in the condenser 1412, or the amount of heat removed from the refrigerant in the condenser 1412. The speed of the condenser fan 1432 can also be reduced to reduce.

極値探索コントローラ502は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適な給気温度セットポイントTsp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。フィードバックコントローラ1404および極値探索コントローラ502は別個のデバイスとして示されているが、いくつかの実施形態では、フィードバックコントローラ1404および極値探索コントローラ502を組み合わせて単一のデバイス(例えば、極値探索コントローラ502およびフィードバックコントローラ1404の両方の機能を実行する単一のコントローラ)にできることが企図される。例えば、極値探索コントローラ502は、中間フィードバックコントローラ1404を必要とすることなく、蒸発器ファン1416、凝縮器ファン1432および/または圧縮機1406を直接制御するように構成することができる。 The extreme value search controller 502 dynamically inputs an unknown input (eg, optimal supply air temperature set point T sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach the optimal value. Implement extremal search control strategy to search. Although feedback controller 1404 and extreme value search controller 502 are shown as separate devices, in some embodiments, feedback controller 1404 and extreme value search controller 502 are combined into a single device (eg, extreme value search controller). It is contemplated that it can be a single controller that performs the functions of both 502 and feedback controller 1404. For example, the extreme value search controller 502 can be configured to directly control the evaporator fan 1416, the condenser fan 1432, and / or the compressor 1406 without the need for the intermediate feedback controller 1404.

ここで図14Bおよび14Cを参照すると、いくつかの実施形態による、蒸気圧縮システム1400の極値探索コントローラ502の動作を示す1対のフロー図1450および1470が示されている。両方のフロー図1450および1470では、極値探索コントローラ502は、蒸気圧縮システム1400の給気温度Tsaを制御するように動作するフィードバックコントローラ1404に温度セットポイントTspを提供する(ブロック1452および1472)。極値探索コントローラ502は、フィードバック信号として蒸気圧縮システム1400の総電力消費量Ptotalを受信することができる(ブロック1454および1474)。 Referring now to FIGS. 14B and 14C, a pair of flow diagrams 1450 and 1470 illustrating the operation of the extreme value search controller 502 of the vapor compression system 1400 are shown in accordance with some embodiments. In both flow diagrams 1450 and 1470, the extreme value search controller 502 provides a temperature setpoint T sp to a feedback controller 1404 that operates to control the charge air temperature T sa of the vapor compression system 1400 (blocks 1452 and 1472). ). The extreme value search controller 502 may receive the total power consumption P total of the vapor compression system 1400 as a feedback signal (blocks 1454 and 1474).

フロー図1450では、極値探索コントローラ502は、給気温度セットポイントTspに対する総電力消費量Ptotalの勾配を推定する(ブロック1456)。極値探索コントローラ502は、温度セットポイントTspを調節することによって得られた勾配をゼロに至らせることにより、蒸気圧縮システム1400上の制御を提供することができる(ブロック1458)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、確率論的励起信号を生成し(ブロック1460)、確率論的励起信号を使用して新しい給気温度セットポイントTspを生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、確率論的励起信号を用いて給気温度セットポイントTspに摂動を与えることによって、新しい温度セットポイントTspを生成することができる(ブロック1462)。 In the flow diagram 1450, the extreme value search controller 502 estimates the slope of the total power consumption P total relative to the supply air temperature set point T sp (block 1456). Extremum search controller 502, by bringing the slope obtained by adjusting the temperature set point T sp to zero, it is possible to provide a control on the vapor compression system 1400 (block 1458). In some embodiments, the extreme value search controller 502 generates a stochastic excitation signal (block 1460) and uses the stochastic excitation signal to generate a new charge air temperature setpoint Tsp . For example, the extremum search controller 502, by perturbing supply air temperature set point T sp using stochastic excitation signal, can generate a new temperature setpoint T sp (block 1462).

フロー図1470では、極値探索コントローラ502は、総電力消費量Ptotalを給気温度セットポイントTspと関係付ける正規化相関係数を推定する(ブロック1476)。極値探索コントローラ502は、温度セットポイントTspを調節することによって推定相関係数をゼロに至らせることにより、蒸気圧縮システム1400上の制御を提供することができる(ブロック1478)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、励起信号を生成し(ブロック1480)、励起信号を使用して新しい給気温度セットポイントTspを生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、励起信号を用いて給気温度セットポイントTspに摂動を与えることによって、新しい温度セットポイントTspを生成することができる(ブロック1482)。 In flow diagram 1470, extremum search controller 502 estimates the normalized correlation coefficient relating the total power consumption P total and the supply air temperature set point T sp (block 1476). Extremum search controller 502, by bringing the estimated correlation coefficient to zero by adjusting the temperature set point T sp, it is possible to provide a control on the vapor compression system 1400 (block 1478). In some embodiments, the extreme value search controller 502 generates an excitation signal (block 1480) and uses the excitation signal to generate a new charge air temperature setpoint Tsp . For example, the extremum search controller 502, by perturbing supply air temperature set point T sp using an excitation signal, it is possible to generate a new temperature setpoint T sp (block 1482).

蒸気圧縮システム1500
ここで図15Aを参照すると、いくつかの実施形態による別の蒸気圧縮空調システム1500が示されている。システム1500は、図14Aを参照して説明されるような蒸気圧縮システム1400のコンポーネントのいくつかまたはすべてを含み得る。例えば、システム1500は、冷媒回路1510を含むように示されている。冷媒回路1510は、凝縮器1512、蒸発器1514、膨脹弁1524および圧縮機1506を含む。圧縮機1506は、蒸発器1514と凝縮器1512との間で冷媒を循環させるように構成される。冷媒回路1510は、蒸気圧縮サイクルを使用して動作する。例えば、圧縮機1506は、冷媒を高温高圧状態に圧縮する。圧縮された冷媒は、凝縮器1512中を流れ、凝縮器1512では、冷媒は排熱する。凝縮器ファン1532は、凝縮器1512内の熱伝達率を調節するために使用することができる。冷却された冷媒は、膨脹弁1524によって低圧低温状態に膨張される。膨張された冷媒は、蒸発器1514中を流れ、蒸発器1514では、冷媒は吸熱する。蒸発器ファン1516は、蒸発器1514内の熱伝達率を調節するために使用することができる。
Vapor compression system 1500
Referring now to FIG. 15A, another vapor compression air conditioning system 1500 according to some embodiments is shown. System 1500 may include some or all of the components of vapor compression system 1400 as described with reference to FIG. 14A. For example, system 1500 is shown to include a refrigerant circuit 1510. The refrigerant circuit 1510 includes a condenser 1512, an evaporator 1514, an expansion valve 1524 and a compressor 1506. The compressor 1506 is configured to circulate refrigerant between the evaporator 1514 and the condenser 1512. The refrigerant circuit 1510 operates using a vapor compression cycle. For example, the compressor 1506 compresses the refrigerant into a high temperature and high pressure state. The compressed refrigerant flows through the condenser 1512, and the refrigerant exhausts heat in the condenser 1512. Condenser fan 1532 can be used to adjust the heat transfer rate within condenser 1512. The cooled refrigerant is expanded to a low pressure and low temperature state by an expansion valve 1524. The expanded refrigerant flows through the evaporator 1514, and the refrigerant absorbs heat in the evaporator 1514. The evaporator fan 1516 can be used to adjust the heat transfer rate within the evaporator 1514.

いくつかの実施形態では、冷媒回路1510は、図15Aに示されるように、屋上ユニット1502(例えば、屋上空気処理ユニット)内に位置する。屋上ユニット1502は、エアダクト1522中を流れる給気1520に対する冷却を提供するように構成することができる。例えば、蒸発器1514は、エアダクト1522内に位置し、その結果、給気1520は、蒸発器1514中を流れ、蒸発器1514内の膨張された冷媒に熱を伝達することによって冷却することができる。次いで、冷却された気流は、建物の部屋またはゾーンに冷房を提供するために、建物に送ることができる。給気1520の温度は、蒸発器1514の下流(例えば、ダクト1522内)に位置する温度センサ1518によって測定することができる。他の実施形態では、冷媒回路1510は、蒸気圧縮サイクルを使用して熱を伝達する様々な他のシステムまたはデバイス(例えば、冷凍機、ヒートポンプ、熱回収冷凍機、冷凍デバイスなど)のいずれかで使用することができる。   In some embodiments, the refrigerant circuit 1510 is located in a rooftop unit 1502 (eg, a rooftop air treatment unit), as shown in FIG. 15A. Rooftop unit 1502 can be configured to provide cooling for air supply 1520 flowing through air duct 1522. For example, the evaporator 1514 is located in the air duct 1522 so that the charge 1520 can flow through the evaporator 1514 and be cooled by transferring heat to the expanded refrigerant in the evaporator 1514. . The cooled airflow can then be sent to the building to provide cooling to the building room or zone. The temperature of the supply air 1520 can be measured by a temperature sensor 1518 located downstream of the evaporator 1514 (eg, in the duct 1522). In other embodiments, the refrigerant circuit 1510 is in any of a variety of other systems or devices (eg, refrigerators, heat pumps, heat recovery refrigerators, refrigeration devices, etc.) that transfer heat using a vapor compression cycle. Can be used.

極値探索コントローラ502は、圧縮機1506 Pcomp、蒸発器ファン1516 Pfan,evapおよび凝縮器ファン1532 Pfan,condによって消費された総電力を表す電力入力Ptotal(すなわち、Ptotal=Pcomp+Pfan,evap+Pfan,cond)を受信するように示されている。図15Aに示されるように、電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condは、総電力Ptotalを表す組合せ信号を提供するために、極値探索コントローラ502の外部の総和ブロック1508で総和することができる。他の実施形態では、極値探索コントローラ502は、個々の電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを受信し、総和ブロック1508の総和を実施する。いずれの事例でも、極値探索コントローラ502は、総システム電力を表す単一の総和または組合せ信号Ptotalとして電力入力が提供される場合であっても、電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを受信することが言える。 The extreme value search controller 502 is a power input P total representing the total power consumed by the compressor 1506 P comp , the evaporator fan 1516 P fan, evap and the condenser fan 1532 P fan, cond (ie, P total = P comp + P fan, evav + P fan, cond ). As shown in FIG. 15A, power inputs P comp , P fan, evap and P fan, cond are summation block 1508 external to extremum search controller 502 to provide a combined signal representative of total power P total. Can be summed up. In other embodiments, the extreme value search controller 502 receives the individual power inputs P comp , P fan, evap and P fan, cond and performs the summation of the summation block 1508. In any case, the extremum search controller 502 may provide power inputs P comp , P fan, evap and P even if the power inputs are provided as a single sum representing the total system power or a combined signal P total. It can be said that fan and cond are received.

いくつかの実施形態では、総システム電力Ptotalは、極値探索コントローラ502が最適化(例えば、最小化)しようと努める性能変数である。総システム電力Ptotalは、蒸気圧縮システム1500の1つまたは複数のコンポーネントの電力消費量を含み得る。図15Aに示される実施形態では、総システム電力Ptotalは、Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを含む。しかし、様々な他の実施形態では、総システム電力Ptotalは、電力入力のいかなる組合せも含み得る。例えば、総システム電力Ptotalは、屋上ユニット1502内の様々な他のファンの電力消費量、流体ポンプの電力消費量および/または蒸気圧縮システム1500内で生じる他の任意の電力消費量を含み得る。 In some embodiments, the total system power P total is a performance variable that the extremum search controller 502 seeks to optimize (eg, minimize). The total system power P total may include the power consumption of one or more components of the vapor compression system 1500. In the embodiment shown in FIG. 15A, the total system power P total includes P comp, P fan, evap and P fan, a cond. However, in various other embodiments, the total system power P total may include any combination of power inputs. For example, the total system power P total may include various other fan power consumption in the rooftop unit 1502, fluid pump power consumption and / or any other power consumption that occurs in the vapor compression system 1500. .

極値探索コントローラ502は、ファン速度Sspを規制する制御信号を蒸発器ファン1516に提供するように示されている。いくつかの実施形態では、ファン速度Sspは、極値探索コントローラ502が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。ファン速度Sspを上げると、蒸発器1514内の給気1520から除去される熱の量が増加し、総システム電力消費量Ptotalを増加させることができる。同様に、ファン速度Sspを下げると、蒸発器1514内の給気1520から除去される熱の量が減少し、総システム電力消費量Ptotalを減少させることができる。極値探索コントローラ502は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適な蒸発器ファン速度Ssp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。 The extreme value search controller 502 is shown to provide the evaporator fan 1516 with a control signal that regulates the fan speed Ssp . In some embodiments, the fan speed Ssp is an manipulated variable that the extreme value search controller 502 adjusts to affect the total system power Ptotal . Increasing the fan speed Ssp can increase the amount of heat removed from the supply air 1520 in the evaporator 1514 and increase the total system power consumption Ptotal . Similarly, decreasing the fan speed Ssp reduces the amount of heat removed from the charge 1520 in the evaporator 1514 and can reduce the total system power consumption Ptotal . The extreme value search controller 502 dynamically searches for unknown inputs (eg, optimal evaporator fan speed S sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach the optimal value. Implement an extreme value search control strategy.

ここで図15Bおよび15Cを参照すると、いくつかの実施形態による、蒸気圧縮システム1500の極値探索コントローラ502の動作を示す1対のフロー図1550および1570が示されている。両方のフロー図1550および1570では、極値探索コントローラ502は、蒸気圧縮システム1500の蒸発器ファン1516にファン速度Sspを規制する制御信号を提供する(ブロック1552および1572)。極値探索コントローラ502は、フィードバック信号として蒸気圧縮システム1500の総電力消費量Ptotalを受信することができる(ブロック1554および1574)。 Referring now to FIGS. 15B and 15C, a pair of flow diagrams 1550 and 1570 illustrating the operation of the extreme value search controller 502 of the vapor compression system 1500 are shown, according to some embodiments. In both flow diagrams 1550 and 1570, extremum search controller 502 provides a control signal for regulating the fan speed S sp evaporator fan 1516 of the vapor compression system 1500 (blocks 1552 and 1572). The extreme value search controller 502 may receive the total power consumption P total of the vapor compression system 1500 as a feedback signal (blocks 1554 and 1574).

フロー図1550では、極値探索コントローラ502は、蒸発器ファン速度Sspに対する総電力消費量Ptotalの勾配を推定する(ブロック1556)。極値探索コントローラ502は、蒸発器ファン速度Sspを調節することによって得られた勾配をゼロに至らせることにより、蒸気圧縮システム1500上の制御を提供することができる(ブロック1558)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、確率論的励起信号を生成し(ブロック1560)、確率論的励起信号を使用して新しい蒸発器ファン速度Sspを生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、確率論的励起信号を用いて蒸発器ファン速度Sspに摂動を与えることによって、新しい蒸発器ファン速度Sspを生成することができる(ブロック1562)。 In the flow diagram 1550, the extreme value search controller 502 estimates the slope of the total power consumption Ptotal with respect to the evaporator fan speed Ssp (block 1556). The extreme value search controller 502 can provide control on the vapor compression system 1500 by bringing the gradient obtained by adjusting the evaporator fan speed Ssp to zero (block 1558). In some embodiments, the extreme search controller 502 generates a stochastic excitation signal (block 1560) and uses the stochastic excitation signal to generate a new evaporator fan speed Ssp . For example, the extremum search controller 502 can generate a new evaporator fan speed S sp by perturbing the evaporator fan speed S sp using a stochastic excitation signal (block 1562).

フロー図1570では、極値探索コントローラ502は、総電力消費量Ptotalを蒸発器ファン速度Sspと関係付ける正規化相関係数を推定する(ブロック1576)。極値探索コントローラ502は、蒸発器ファン速度Sspを調節することによって推定相関係数をゼロに至らせることにより、蒸気圧縮システム1500上の制御を提供することができる(ブロック1578)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、励起信号を生成し(ブロック1580)、励起信号を使用して蒸発器ファンに対する新しい制御信号を生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、励起信号を用いて蒸発器ファン速度Sspに摂動を与えることによって、新しい速度制御信号を生成することができる(ブロック1582)。 In flow diagram 1570, extremum search controller 502 estimates the normalized correlation coefficient relating the total power consumption P total and evaporator fan speed S sp (block 1576). The extreme value search controller 502 can provide control on the vapor compression system 1500 by bringing the estimated correlation coefficient to zero by adjusting the evaporator fan speed Ssp (block 1578). In some embodiments, the extreme search controller 502 generates an excitation signal (block 1580) and uses the excitation signal to generate a new control signal for the evaporator fan. For example, the extreme value search controller 502 can generate a new speed control signal by perturbing the evaporator fan speed S sp with the excitation signal (block 1582).

蒸気圧縮システム1600
ここで図16Aを参照すると、いくつかの実施形態による蒸気圧縮空調システム1600が示されている。システム1600は、冷媒回路1610を含むように示されている。冷媒回路1610は、凝縮器1612、蒸発器1614、膨脹弁1624および圧縮機1606を含む。圧縮機1606は、蒸発器1614と凝縮器1612との間で冷媒を循環させるように構成される。冷媒回路1610は、蒸気圧縮サイクルを使用して動作する。例えば、圧縮機1606は、冷媒を高温高圧状態に圧縮する。圧縮された冷媒は、凝縮器1612中を流れ、凝縮器1612では、冷媒は排熱する。凝縮器ファン1632は、凝縮器1612内の熱伝達率を調節するために使用することができる。冷却された冷媒は、膨脹弁1624によって低圧低温状態に膨張される。膨張された冷媒は、蒸発器1614中を流れ、蒸発器1614では、冷媒は吸熱する。蒸発器ファン1616は、蒸発器1614内の熱伝達率を調節するために使用することができる。
Vapor compression system 1600
Referring now to FIG. 16A, a vapor compression air conditioning system 1600 according to some embodiments is shown. System 1600 is shown to include a refrigerant circuit 1610. The refrigerant circuit 1610 includes a condenser 1612, an evaporator 1614, an expansion valve 1624 and a compressor 1606. The compressor 1606 is configured to circulate refrigerant between the evaporator 1614 and the condenser 1612. The refrigerant circuit 1610 operates using a vapor compression cycle. For example, the compressor 1606 compresses the refrigerant into a high temperature and high pressure state. The compressed refrigerant flows through the condenser 1612, and the refrigerant exhausts heat in the condenser 1612. Condenser fan 1632 can be used to adjust the heat transfer rate within condenser 1612. The cooled refrigerant is expanded to a low pressure and low temperature state by an expansion valve 1624. The expanded refrigerant flows through the evaporator 1614, and the refrigerant absorbs heat in the evaporator 1614. The evaporator fan 1616 can be used to adjust the heat transfer rate within the evaporator 1614.

いくつかの実施形態では、冷媒回路1610は、図16Aに示されるように、屋上ユニット1602(例えば、屋上空気処理ユニット)内に位置する。屋上ユニット1602は、エアダクト1622中を流れる給気1620に対する冷却を提供するように構成することができる。例えば、蒸発器1614は、エアダクト1622内に位置し、その結果、給気1620は、蒸発器1614中を流れ、蒸発器1614内の膨張された冷媒に熱を伝達することによって冷却することができる。次いで、冷却された気流は、建物の部屋またはゾーンに冷房を提供するために、建物に送ることができる。給気1620の温度は、蒸発器1614の下流(例えば、ダクト1622内)に位置する温度センサ1618によって測定することができる。他の実施形態では、冷媒回路1610は、蒸気圧縮サイクルを使用して熱を伝達する様々な他のシステムまたはデバイス(例えば、冷凍機、ヒートポンプ、熱回収冷凍機、冷凍デバイスなど)のいずれかで使用することができる。   In some embodiments, the refrigerant circuit 1610 is located in a rooftop unit 1602 (eg, a rooftop air treatment unit), as shown in FIG. 16A. Rooftop unit 1602 can be configured to provide cooling for air supply 1620 flowing through air duct 1622. For example, the evaporator 1614 is located in the air duct 1622 so that the charge air 1620 can flow through the evaporator 1614 and be cooled by transferring heat to the expanded refrigerant in the evaporator 1614. . The cooled airflow can then be sent to the building to provide cooling to the building room or zone. The temperature of the supply air 1620 can be measured by a temperature sensor 1618 located downstream of the evaporator 1614 (eg, in the duct 1622). In other embodiments, the refrigerant circuit 1610 is in any of a variety of other systems or devices (eg, refrigerators, heat pumps, heat recovery refrigerators, refrigeration devices, etc.) that transfer heat using a vapor compression cycle. Can be used.

極値探索コントローラ502は、圧縮機1606 Pcomp、蒸発器ファン1616 Pfan,evapおよび凝縮器ファン1632 Pfan,condによって消費された総電力を表す電力入力Ptotal(すなわち、Ptotal=Pcomp+Pfan,evap+Pfan,cond)を受信するように示されている。図16Aに示されるように、電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condは、総電力Ptotalを表す組合せ信号を提供するために、極値探索コントローラ502の外部の総和ブロック1608で総和することができる。他の実施形態では、極値探索コントローラ502は、個々の電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを受信し、総和ブロック1608の総和を実施する。いずれの事例でも、極値探索コントローラ502は、総システム電力を表す単一の総和または組合せ信号Ptotalとして電力入力が提供される場合であっても、電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを受信することが言える。 The extreme value search controller 502 includes a power input P total representing the total power consumed by the compressor 1606 P comp , the evaporator fan 1616 P fan, evap and the condenser fan 1632 P fan, cond (ie, P total = P comp + P fan, evav + P fan, cond ). As shown in FIG. 16A, power inputs P comp , P fan, evap and P fan, cond are summation block 1608 external to extremum search controller 502 to provide a combined signal representing the total power P total. Can be summed up. In other embodiments, the extreme value search controller 502 receives the individual power inputs P comp , P fan, evap and P fan, cond and performs the summation of the summation block 1608. In any case, the extremum search controller 502 may provide power inputs P comp , P fan, evap and P even if the power inputs are provided as a single sum representing the total system power or a combined signal P total. It can be said that fan and cond are received.

いくつかの実施形態では、総システム電力Ptotalは、極値探索コントローラ502が最適化(例えば、最小化)しようと努める性能変数である。総システム電力Ptotalは、蒸気圧縮システム1600の1つまたは複数のコンポーネントの電力消費量を含み得る。図16Aに示される実施形態では、総システム電力Ptotalは、Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを含む。しかし、様々な他の実施形態では、総システム電力Ptotalは、電力入力のいかなる組合せも含み得る。例えば、総システム電力Ptotalは、屋上ユニット1602内の様々な他のファンの電力消費量、流体ポンプの電力消費量および/または蒸気圧縮システム1600内で生じる他の任意の電力消費量を含み得る。 In some embodiments, the total system power P total is a performance variable that the extremum search controller 502 seeks to optimize (eg, minimize). The total system power P total may include the power consumption of one or more components of the vapor compression system 1600. In the embodiment shown in FIG. 16A, the total system power P total includes P comp, P fan, evap and P fan, a cond. However, in various other embodiments, the total system power P total may include any combination of power inputs. For example, the total system power P total may include the power consumption of various other fans in the rooftop unit 1602, the power consumption of the fluid pump, and / or any other power consumption that occurs in the vapor compression system 1600. .

極値探索コントローラ502は、フィードバックコントローラ1604に温度セットポイントTspを提供し、ファン速度Sspを規制する制御信号を凝縮器ファン1632に提供するように示されている。いくつかの実施形態では、温度セットポイントTspおよび凝縮器ファン速度Sspは、極値探索コントローラ502が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。温度セットポイントTspは、蒸発器1614を出る給気1620の温度に対するセットポイントである。給気温度Tsaは、蒸発器1614の下流に位置する温度センサ1618によって測定することができる。フィードバックコントローラ1604は、フィードバック信号として給気温度Tsaを受信するように示されている。ファン速度Sspは、凝縮器ファン1632の速度である。 The extreme value search controller 502 is shown to provide a temperature set point T sp to the feedback controller 1604 and to provide a control signal to the condenser fan 1632 that regulates the fan speed S sp . In some embodiments, the temperature setpoint Tsp and the condenser fan speed Ssp are manipulated variables that the extremum search controller 502 adjusts to affect the total system power Ptotal . The temperature set point T sp is a set point for the temperature of the charge 1620 exiting the evaporator 1614. The supply air temperature Tsa can be measured by a temperature sensor 1618 located downstream of the evaporator 1614. The feedback controller 1604 is shown to receive the supply air temperature Tsa as a feedback signal. The fan speed S sp is the speed of the condenser fan 1632.

フィードバックコントローラ1604は、極値探索コントローラ502によって提供される温度セットポイントTspを達成するように蒸発器ファン1616および/または圧縮機1606を操作することができる。例えば、フィードバックコントローラ1604は、蒸発器1614内の給気1620から除去される熱の量を増加させるために蒸発器ファン1616の速度を上げることも、蒸発器1614内の給気1620から除去される熱の量を減少させるために蒸発器ファン1616の速度を下げることもできる。同様に、極値探索コントローラ502は、凝縮器ファン速度Sspを調節して、凝縮器1612内の冷媒から除去される熱の量を増加させる(例えば、凝縮器ファン速度Sspを上げることによって)ことも、凝縮器1612内の冷媒から除去される熱の量を減少させる(例えば、凝縮器ファン速度Sspを下げることによって)こともできる。 Feedback controller 1604 can operate the evaporator fan 1616 and / or the compressor 1606 to achieve the temperature set point T sp provided by extremum search controller 502. For example, the feedback controller 1604 increases the speed of the evaporator fan 1616 to increase the amount of heat removed from the charge 1620 in the evaporator 1614 and is also removed from the charge 1620 in the evaporator 1614. The speed of the evaporator fan 1616 can be reduced to reduce the amount of heat. Similarly, the extreme value search controller 502 adjusts the condenser fan speed Ssp to increase the amount of heat removed from the refrigerant in the condenser 1612 (eg, by increasing the condenser fan speed Ssp) . ) Or the amount of heat removed from the refrigerant in the condenser 1612 can be reduced (eg, by reducing the condenser fan speed Ssp ).

極値探索コントローラ502は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適な給気温度セットポイントTspおよび/または最適な凝縮器ファン速度Ssp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。フィードバックコントローラ1604および極値探索コントローラ502は別個のデバイスとして示されているが、いくつかの実施形態では、フィードバックコントローラ1604および極値探索コントローラ502を組み合わせて単一のデバイス(例えば、極値探索コントローラ502およびフィードバックコントローラ1604の両方の機能を実行する単一のコントローラ)にできることが企図される。例えば、極値探索コントローラ502は、中間フィードバックコントローラ1604を必要とすることなく、蒸発器ファン1616、凝縮器ファン1632および/または圧縮機1606を直接制御するように構成することができる。 The extreme value search controller 502 may provide an unknown input (eg, optimal supply air temperature setpoint T sp and / or optimal) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach an optimal value. Implement an extreme value search control strategy that dynamically searches for the condenser fan speed S sp ). Although feedback controller 1604 and extreme value search controller 502 are shown as separate devices, in some embodiments, feedback controller 1604 and extreme value search controller 502 are combined into a single device (eg, extreme value search controller). It is contemplated that it can be a single controller that performs the functions of both 502 and feedback controller 1604. For example, the extreme value search controller 502 can be configured to directly control the evaporator fan 1616, the condenser fan 1632, and / or the compressor 1606 without the need for the intermediate feedback controller 1604.

ここで図16Bおよび16Cを参照すると、いくつかの実施形態による、蒸気圧縮システム1600の極値探索コントローラ502の動作を示す1対のフロー図1650および1670が示されている。両方のフロー図1650および1670では、極値探索コントローラ502は、蒸気圧縮システム1600の給気温度Tsaを制御するように動作するフィードバックコントローラ1604に温度セットポイントTspを提供する(ブロック1652および1672)。また、極値探索コントローラ502は、蒸気圧縮システム1600の凝縮器ファン1632にファン速度を規制する制御信号を提供する(ブロック1653および1674)。極値探索コントローラ502は、フィードバック信号として蒸気圧縮システム1600の総電力消費量Ptotalを受信することができる(ブロック1654および1674)。 Referring now to FIGS. 16B and 16C, a pair of flow diagrams 1650 and 1670 illustrating the operation of the extreme value search controller 502 of the vapor compression system 1600 are shown, according to some embodiments. In both flow diagrams 1650 and 1670, the extreme search controller 502 provides a temperature setpoint T sp to a feedback controller 1604 that operates to control the charge air temperature T sa of the vapor compression system 1600 (blocks 1652 and 1672). ). The extreme value search controller 502 also provides a control signal to restrict the fan speed to the condenser fan 1632 of the vapor compression system 1600 (blocks 1653 and 1674). The extreme value search controller 502 may receive the total power consumption P total of the vapor compression system 1600 as a feedback signal (blocks 1654 and 1674).

フロー図1650では、極値探索コントローラ502は、給気温度セットポイントTspに対する総電力消費量Ptotalの第1の勾配と、凝縮器ファン速度Sspに対する総電力消費量Ptotalの第2の勾配とを推定する(ブロック1656)。極値探索コントローラ502は、温度セットポイントTspおよび/または凝縮器ファン速度Sspを調節することによって得られた勾配をゼロに至らせることにより、蒸気圧縮システム1600上の制御を提供することができる(ブロック1658)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、確率論的励起信号を生成し(ブロック1660)、確率論的励起信号を使用して新しい給気温度セットポイントTspおよび凝縮器ファン速度Sspを規制する新しい制御信号を生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、第1の確率論的励起信号を用いて給気温度セットポイントTspに摂動を与えることによって、新しい温度セットポイントTspを生成し、第2の確率論的励起信号を用いて凝縮器ファン速度Sspに摂動を与えることによって、凝縮器ファン1632に対する新しい制御信号を生成することができる(ブロック1662)。 In flow diagram 1650, extremum search controller 502, a first total power consumption P total for the supply air temperature set point T sp slope and, the condenser fan relative to the speed S sp second total power consumption P total The gradient is estimated (block 1656). The extreme value search controller 502 may provide control on the vapor compression system 1600 by bringing the slope obtained by adjusting the temperature setpoint Tsp and / or the condenser fan speed Ssp to zero. Yes (block 1658). In some embodiments, the extreme search controller 502 generates a stochastic excitation signal (block 1660) and uses the stochastic excitation signal to create a new charge air temperature setpoint Tsp and condenser fan speed S. A new control signal that regulates sp is generated. For example, the extremum search controller 502, by perturbing supply air temperature set point T sp using a first stochastic excitation signal to generate a new temperature setpoint T sp, a second stochastic A new control signal for the condenser fan 1632 may be generated by perturbing the condenser fan speed S sp with the excitation signal (block 1662).

フロー図1670では、極値探索コントローラ502は、総電力消費量Ptotalを給気温度セットポイントTspと関係付ける第1の正規化相関係数と、総電力消費量Ptotalを凝縮器ファン速度Sspと関係付ける第2の正規化相関係数とを推定する(ブロック1676)。極値探索コントローラ502は、温度セットポイントTspおよび/または凝縮器ファン速度Sspを調節することによって推定相関係数をゼロに至らせることにより、蒸気圧縮システム1600上の制御を提供することができる(ブロック1678)。いくつかの実施形態では、極値探索コントローラ502は、励起信号を生成し(ブロック1680)、励起信号を使用して新しい給気温度セットポイントTspおよび凝縮器ファン速度Sspを規制する新しい制御信号を生成する。例えば、極値探索コントローラ502は、第1の励起信号を用いて給気温度セットポイントTspに摂動を与えることによって、新しい温度セットポイントTspを生成し、第2の励起信号を用いて凝縮器ファン速度Sspに摂動を与えることによって、凝縮器ファン1632に対する新しい制御信号を生成することができる(ブロック1682)。 In flow diagram 1670, extremum search controller 502, a first normalized correlation coefficient relating the total power consumption P total and the supply air temperature set point T sp, condenser fan speed total power consumption P total A second normalized correlation coefficient related to S sp is estimated (block 1676). The extreme value search controller 502 may provide control on the vapor compression system 1600 by bringing the estimated correlation coefficient to zero by adjusting the temperature setpoint Tsp and / or the condenser fan speed Ssp. Yes (block 1678). In some embodiments, the extreme search controller 502 generates an excitation signal (block 1680) and uses the excitation signal to control a new charge air temperature setpoint Tsp and a condenser fan speed Ssp. Generate a signal. For example, the extremum search controller 502, by perturbing supply air temperature set point T sp using a first excitation signal to generate a new temperature setpoint T sp, using the second excitation signal condensate A new control signal for the condenser fan 1632 may be generated by perturbing the condenser fan speed S sp (block 1682).

多変数最適化を伴う極値探索制御システム
ここで図17を参照すると、例示的な実施形態による別の極値探索制御システム1700が示されている。システム1700は、多重入力単一出力(MISO)システム1702および多変数極値探索コントローラ(ESC)1704を含むように示されている。MISOシステム1702は、単一の性能変数yに影響を与えるために複数の操作変数u…uを使用したいかなるシステムまたはデバイスでもあり得る。MISOシステム1702は、図3〜5を参照して説明されるようなプラント304、404もしくは504、図10、11を参照して説明されるような冷却水プラント1000もしくは1100、図12、13を参照して説明されるような可変冷媒流量システム1200もしくは1300、および/または、図14〜16を参照して説明されるような蒸気圧縮システム1400、1500もしくは1600のいずれかと同じものでも、同様のものでもよい。
Extreme Value Search Control System with Multivariable Optimization Referring now to FIG. 17, another extreme value search control system 1700 according to an exemplary embodiment is shown. System 1700 is shown to include a multiple input single output (MISO) system 1702 and a multivariable extreme value search controller (ESC) 1704. The MISO system 1702 can be any system or device that uses multiple manipulated variables u 1 ... U N to affect a single performance variable y. The MISO system 1702 includes a plant 304, 404 or 504 as described with reference to FIGS. 3-5, a cooling water plant 1000 or 1100 as described with reference to FIGS. A variable refrigerant flow system 1200 or 1300 as described with reference and / or a vapor compression system 1400, 1500 or 1600 as described with reference to FIGS. It may be a thing.

いくつかの実施形態では、MISOシステム1702は、プロセスと1つまたは複数の機械制御出力との組合せである。例えば、MISOシステム1702は、1つまたは複数の機械制御アクチュエータおよび/またはダンパを介して建物空間内の温度を制御するように構成された空気処理ユニットであり得る。様々な実施形態では、MISOシステム1702は、冷凍機操作プロセス、ダンパ調整プロセス、機械式冷却プロセス、換気プロセス、冷凍プロセス、または、MISOシステム1702への複数の入力(例えば、操作変数u…u)がMISOシステム1702からの出力(すなわち、性能変数y)に影響を与えるように調整される他の任意のプロセスを含み得る。MISOシステム1702として使用することができる制御システムのいくつかの例は、図26〜28を参照して詳細に説明する。 In some embodiments, the MISO system 1702 is a combination of a process and one or more machine control outputs. For example, the MISO system 1702 may be an air treatment unit configured to control the temperature in a building space via one or more machine control actuators and / or dampers. In various embodiments, the MISO system 1702 may include a chiller operating process, a damper conditioning process, a mechanical cooling process, a ventilation process, a refrigeration process, or multiple inputs to the MISO system 1702 (eg, operational variables u 1 ... U N ) may include any other process that is adjusted to affect the output from the MISO system 1702 (ie, the performance variable y). Some examples of control systems that can be used as the MISO system 1702 are described in detail with reference to FIGS.

多変数ESC 1704は、極値探索制御技法を使用して、操作変数u…uの最適値を決定する。いくつかの実施形態では、多変数ESC 1704は、異なる励起信号(例えば、周期的ディザ信号または確率論的励起信号)を用いて各操作変数u…uに摂動を与え、性能変数yに対する励起信号の効果を観察する。多変数ESC 1704は、各操作変数u…uに対する性能変数yの勾配を決定するために、各操作変数u…uに対してディザ復調プロセスを実行することができる(図4を参照して説明されるように)。いくつかの実施形態では、各勾配は、操作変数u…uのうちの1つに対する性能変数yの偏導関数である。例えば、多変数ESC 1704は、操作変数uに対する性能変数yの偏導関数

Figure 2018071963
を決定することができる。同様に、多変数ESC 1704は、残りの操作変数u…uに対する性能変数yの偏導関数
Figure 2018071963
を決定することができる。いくつかの実施形態では、多変数ESC 1704は、以下の方程式に示されるように、偏導関数のベクトルDを生成する。
Figure 2018071963
式中、ベクトルDの各要素は、操作変数u…uのうちの1つに対する性能変数yの勾配である。多変数ESC 1704は、ベクトルDをゼロに至らせるために、操作変数u…uのDC値を調整することができる。 Multivariable ESC 1704 uses extreme value search control techniques to determine the optimum values of manipulated variables u 1 ... U N. In some embodiments, the multivariable ESC 1704 perturbs each manipulated variable u 1 ... U N using a different excitation signal (eg, a periodic dither signal or a stochastic excitation signal) Observe the effect of the excitation signal. Multivariable ESC 1704 in order to determine the slope of the performance variable y for each manipulated variable u 1 ... u N, it is possible to perform a dither demodulation process for each operation variable u 1 ... u N (Fig. 4 As explained). In some embodiments, each gradient is a partial derivative of the performance variable y for one of the manipulated variables u 1 ... U N. For example, the multivariable ESC 1704 is a partial derivative of the performance variable y with respect to the manipulated variable u 1 .
Figure 2018071963
Can be determined. Similarly, multivariate ESC 1704 is the partial derivative of the performance variable y for the remainder of the manipulated variable u 2 ... u N
Figure 2018071963
Can be determined. In some embodiments, the multivariable ESC 1704 generates a partial derivative vector D, as shown in the following equation:
Figure 2018071963
Wherein each element of the vector D, is the slope of the performance variable y with respect to one of the manipulated variables u 1 ... u N. The multi-variable ESC 1704 can adjust the DC value of the manipulated variable u 1 ... U N to bring the vector D to zero.

いくつかの実施形態では、多変数ESC 1704は、偏導関数のヘッセ行列Hを使用して、操作変数u…uを調整する。ヘッセ行列Hは、複数の操作変数u…uの関数としての性能変数yの局所曲率を説明する(すなわち、y=f(u,u,…u))。いくつかの実施形態では、ヘッセ行列Hは、以下の方程式に示されるように、二階偏導関数の正方行列である。

Figure 2018071963
多変数ESC 1704は、ヘッセ行列Hを使用して、ヘッセ行列Hが正定値(極大)であるかまたは負定値(極小)であるかを判断することによって、局所的極値を識別することができる。ベクトルDをゼロに至らせることおよび/またはヘッセ行列Hを評価することにより、多変数ESC 1704は、性能変数yの極値(すなわち、最大または最小)を達成することができる。 In some embodiments, the multi-variable ESC 1704 uses the partial derivative Hessian H to adjust the manipulated variables u 1 ... U N. The Hessian matrix H describes the local curvature of the performance variable y as a function of a plurality of manipulated variables u 1 ... U N (ie, y = f (u 1 , u 2 ,... U N )). In some embodiments, the Hessian matrix H is a square matrix of second order partial derivatives, as shown in the following equation:
Figure 2018071963
The multivariable ESC 1704 may identify local extrema by using the Hessian matrix H to determine whether the Hessian matrix H is positive definite (local maximum) or negative definite (local minimum). it can. By bringing the vector D to zero and / or evaluating the Hessian H, the multivariable ESC 1704 can achieve the extreme value (ie, maximum or minimum) of the performance variable y.

多変数ESC 1704は、多次元領域における極値探索制御を実装するために、上記で概説されるベクトルおよび行列ベースの計算を使用することができる。この手法は多変数問題の最も洗練された数学的解決法であるが、多次元領域で動作するコントローラの構成およびデバッギングが困難であるため、実践で取り入れる上で問題になり得る。例えば、各操作変数u…u(すなわち、各制御チャネル)に対するフィードバック利得Kを調整することは、変数相互作用が原因で複雑であり得る。いくつかの実施形態では、変数相互作用により、各制御チャネルに対するフィードバック利得Kは、他のすべての制御チャネルに対する他のすべてのフィードバック利得Kに依存するようになる。また、操作変数間の相互依存は、多変数ESC 1704のトラブルシューティングをも複雑にし得る。例えば、操作変数u…u間の相互作用は、性能変数yの観測された挙動の原因である制御チャネルの識別を試みる際に、曖昧性をもたらし得る。 Multivariable ESC 1704 can use the vector and matrix based calculations outlined above to implement extreme value search control in multidimensional domains. This approach is the most sophisticated mathematical solution to multivariable problems, but can be problematic in practice because it is difficult to construct and debug controllers that operate in multidimensional domains. For example, adjusting the feedback gain K for each manipulated variable u 1 ... U N (ie, each control channel) can be complicated due to variable interactions. In some embodiments, variable interaction causes the feedback gain K for each control channel to depend on all other feedback gains K for all other control channels. Also, interdependencies between manipulated variables can complicate troubleshooting of multivariable ESC 1704. For example, the interaction between manipulated variables u 1 ... U N may cause ambiguity when attempting to identify the control channel responsible for the observed behavior of performance variable y.

ここで図18を参照すると、例示的な実施形態による別の極値探索制御システム1800が示されている。制御システム1800は、MISOシステム1702ならびに複数の単一変数極値探索コントローラ(ESC)1804、1806および1808を含むように示されている。3つの単一変数ESC 1804〜1808しか示されていないが、いかなる数の単一変数ESCも制御システム1800に含めることができることを理解すべきである。各単一変数ESC 1804〜1808は、異なる操作変数u…uに割り当てて、極値探索制御技法を使用して割り当てられた操作変数の最適値を決定するように構成することができる。例えば、単一変数ESC 1804は、操作変数uに割り当てて、uをその最適値に至らせるように構成することができ、単一変数ESC 1806は、操作変数uに割り当てて、uをその最適値に至らせるように構成することができ、単一変数ESC 1808は、操作変数uに割り当てて、uをその最適値に至らせるように構成することができる。 Referring now to FIG. 18, another extreme value search control system 1800 according to an exemplary embodiment is shown. The control system 1800 is shown to include a MISO system 1702 and a plurality of single variable extreme value search controllers (ESCs) 1804, 1806 and 1808. Although only three single variable ESCs 1804-1808 are shown, it should be understood that any number of single variable ESCs can be included in the control system 1800. Each single variable ESC 1804-1808 can be configured to be assigned to a different manipulated variable u 1 ... U N to determine the optimum value of the assigned manipulated variable using extreme value search control techniques. For example, a single variable ESC 1804 can be configured to be assigned to the manipulated variable u 1 and u 1 to reach its optimal value, and a single variable ESC 1806 can be assigned to the manipulated variable u 2 and u 2 can be configured to reach its optimal value, and a single variable ESC 1808 can be configured to assign the manipulated variable u N to bring u N to its optimal value.

各単一変数ESC 1804〜1808は、MISOシステム1702から入力として同じ性能変数yを受信することができる。しかし、各単一変数ESC 1804〜1808は、異なる制御チャネル(すなわち、異なる操作変数)に対応することができ、MISOシステム1702に出力として対応する操作変数の値を提供するように構成することができる。いくつかの実施形態では、各単一変数ESC 1804〜1808は、対応する操作変数出力に別個の無相関の摂動を適用する。摂動は、以前に説明されるように、周期的ディザ信号または確率論的励起信号であり得る。周期的ディザ信号が使用される場合は、各単一変数ESC 1804〜1808は、異なるディザ周波数を使用して、各操作変数u…uの効果を性能変数yにおいて一意的に識別できるように構成することができる。確率論的励起信号が使用される場合は、確率論的信号の互いの相関性は自然となくなる。これにより、摂動信号を生成する際の単一変数ESC 1804〜1808間の通信または調整に対する要件が排除される。各単一変数ESC 1804〜1808は、対応する操作変数に対する性能変数yの勾配(例えば、

Figure 2018071963
)を抽出することができ、極値探索制御技法を使用して、抽出した勾配をゼロに至らせることができる。 Each single variable ESC 1804-1808 can receive the same performance variable y as input from the MISO system 1702. However, each single variable ESC 1804-1808 can correspond to a different control channel (ie, a different manipulated variable) and can be configured to provide the corresponding manipulated variable value as an output to the MISO system 1702. it can. In some embodiments, each single variable ESC 1804-1808 applies a separate uncorrelated perturbation to the corresponding manipulated variable output. The perturbation can be a periodic dither signal or a stochastic excitation signal, as previously described. If a periodic dither signal is used, each single variable ESC 1804-1808 can use a different dither frequency to uniquely identify the effect of each manipulated variable u 1 ... U N in performance variable y. Can be configured. If stochastic excitation signals are used, the correlations of the stochastic signals will naturally disappear. This eliminates the requirement for communication or coordination between single variable ESCs 1804-1808 in generating the perturbation signal. Each single variable ESC 1804-1808 is the slope of the performance variable y relative to the corresponding manipulated variable (eg,
Figure 2018071963
) And extreme value search control techniques can be used to bring the extracted gradient to zero.

システム1800はMISOシステム1702を含むように示されているが、いくつかの実施形態では、MISOシステム1702の代わりに多重入力多重出力(MIMO)システムを使用できることを理解すべきである。MISOシステム1702の代わりにMIMOシステムが使用される際は、各単一変数ESC 1804〜1808は、MIMOシステムからフィードバック出力として同じ性能変数yまたは異なる性能変数y…yを受信することができる。各単一変数ESC 1804〜1808は、操作変数のうちの1つに対する性能変数のうちの1つの勾配を抽出することができ、極値探索制御技法を使用して、抽出した勾配をゼロに至らせることができる。 Although system 1800 is shown to include a MISO system 1702, it should be understood that in some embodiments, a multiple input multiple output (MIMO) system can be used instead of MISO system 1702. When a MIMO system is used instead of the MISO system 1702, each single variable ESC 1804-1808 can receive the same performance variable y or a different performance variable y 1 ... Y M as a feedback output from the MIMO system. . Each single variable ESC 1804-1808 can extract the gradient of one of the performance variables for one of the manipulated variables and uses extreme value search control techniques to bring the extracted gradient to zero. Can be made.

いくつかの実施形態では、各単一変数ESC 1804〜1808は、ESC 502の実例であり、図5を参照して説明されるようなESC 502のすべてのコンポーネントおよび機能を含み得る。各単一変数ESC 1804〜1808は、再帰的勾配推定器506およびフィードバックコントローラ508の実例を含み得る。再帰的勾配推定器506の各実例は、対応する操作変数u…uに対する性能変数yの傾きを推定するために再帰的勾配推定プロセスを実行するように構成することができる。例えば、単一変数ESC 1804内の再帰的勾配推定器506の実例は、第1の操作変数uに対する性能変数yの勾配または傾き

Figure 2018071963
を推定するように構成することができる。同様に、単一変数ESC 1806内の再帰的勾配推定器506の実例は、第2の操作変数uに対する性能変数yの勾配または傾き
Figure 2018071963
を推定するように構成することができ、単一変数ESC 1808内の再帰的勾配推定器506の実例は、第Nの操作変数uに対する性能変数yの勾配または傾き
Figure 2018071963
を推定するように構成することができる。再帰的勾配推定器506の複数の実例は、互いに独立して動作することができ、そのそれぞれの再帰的勾配推定プロセスを実行するための通信または調整を必要としない。 In some embodiments, each single variable ESC 1804-1808 is an illustration of ESC 502 and may include all components and functions of ESC 502 as described with reference to FIG. Each single variable ESC 1804-1808 may include an example of a recursive gradient estimator 506 and a feedback controller 508. Each instance of the recursive gradient estimator 506 can be configured to perform a recursive gradient estimation process to estimate the slope of the performance variable y relative to the corresponding manipulated variable u 1 ... U N. For example, an example of a recursive slope estimator 506 in a single variable ESC 1804 is the slope or slope of the performance variable y relative to the first manipulated variable u 1 .
Figure 2018071963
Can be configured to estimate. Similarly, an example of a recursive slope estimator 506 in a single variable ESC 1806 is the slope or slope of the performance variable y relative to the second manipulated variable u 2 .
Figure 2018071963
An example of a recursive slope estimator 506 in a single variable ESC 1808 is the slope or slope of the performance variable y with respect to the Nth manipulated variable u N.
Figure 2018071963
Can be configured to estimate. The multiple instances of recursive gradient estimator 506 can operate independently of each other and do not require communication or coordination to perform their respective recursive gradient estimation processes.

フィードバックコントローラ508の各実例は、再帰的勾配推定器506の対応する実例から推定勾配(すなわち、

Figure 2018071963
のうちの1つ)を受信することができる。フィードバックコントローラ508の各実例は、操作変数の最適値(すなわち、ゼロの勾配をもたらす操作変数の値)に達するまで、対応する勾配をゼロに至らせる方向に対応する操作変数(すなわち、u…uのうちの1つ)の値を調整することができる。例えば、単一変数ESC 1804内のフィードバックコントローラ508の実例は、操作変数uのDC値wを調整することによって勾配
Figure 2018071963
をゼロに至らせるように構成することができる。同様に、単一変数ESC 1806内のフィードバックコントローラ508の実例は、操作変数uのDC値wを調整することによって勾配
Figure 2018071963
をゼロに至らせるように構成することができ、単一変数ESC 1808内のフィードバックコントローラ508の実例は、操作変数uのDC値wを調整することによって勾配
Figure 2018071963
をゼロに至らせるように構成することができる。フィードバックコントローラ508の複数の実例は、互いに独立して動作することができ、そのそれぞれの勾配をゼロに至らせるための操作変数u…u間の相互作用についてのいかなる情報も必要としない。 Each instance of the feedback controller 508 is deduced from the corresponding instance of the recursive slope estimator 506 (ie,
Figure 2018071963
Can be received). Each instance of the feedback controller 508 corresponds to an manipulated variable (ie, u 1 ... Corresponding to the direction in which the corresponding slope is brought to zero until the optimum value of the manipulated variable (ie, the value of the manipulated variable that results in a slope of zero) is reached. it is possible to adjust the value of one) of the u N. For example, an example of a feedback controller 508 in a single variable ESC 1804 is a gradient by adjusting the DC value w 1 of the manipulated variable u 1.
Figure 2018071963
Can be configured to reach zero. Gradient Similarly, examples of the feedback controller 508 in a single variable ESC 1806, by adjusting the DC value w 2 of manipulated variables u 2
Figure 2018071963
Can be configured to reach zero, and an example of a feedback controller 508 in a single variable ESC 1808 can be obtained by adjusting the DC value w N of the manipulated variable u N
Figure 2018071963
Can be configured to reach zero. The multiple instances of the feedback controller 508 can operate independently of each other and do not require any information about the interaction between the manipulated variables u 1 ... U N to bring their respective slopes to zero.

いくつかの実施形態では、各単一変数ESC 1804〜1808は、確率論的信号ジェネレータ512、積分器514および励起信号要素510の実例を含む。確率論的信号ジェネレータ512の各実例は、操作変数u…uのうちの1つに対する持続的な励起信号qを生成するように構成することができる。例えば、単一変数ESC 1804内の確率論的信号ジェネレータ512の実例は、第1の確率論的励起信号qを生成することができ、単一変数ESC 1806内の確率論的信号ジェネレータ512の実例は、第2の確率論的励起信号qを生成することができ、単一変数ESC 1808内の確率論的信号ジェネレータ512の実例は、第Nの確率論的励起信号qを生成することができる。各確率論的励起信号q…qは、以下の方程式に示されるように、操作変数u…uを形成するために、励起信号要素510において対応する操作変数のDC値w…wに加えることができる。
=w+q
=w+q

=w+q
In some embodiments, each single variable ESC 1804-1808 includes an instance of a stochastic signal generator 512, an integrator 514, and an excitation signal element 510. Each instance of the stochastic signal generator 512 can be configured to generate a persistent excitation signal q for one of the manipulated variables u 1 ... U N. For example, an example of a stochastic signal generator 512 within a single variable ESC 1804 can generate a first stochastic excitation signal q 1, and a probabilistic signal generator 512 within a single variable ESC 1806 can be generated. An example can generate a second stochastic excitation signal q 2, and an example of a stochastic signal generator 512 in a single variable ESC 1808 generates an Nth stochastic excitation signal q N. be able to. Each stochastic excitation signal q 1 ... q N, as shown in the following equation, in order to form a manipulated variable u 1 ... u N, DC value w manipulated variable corresponding in the excitation signal elements 510 1 ... it can be added to the w N.
u 1 = w 1 + q 1
u 2 = w 2 + q 2
...
u N = w N + q N

確率論的励起信号q…qの利点の1つは、ディザ周波数ωがもはや必須パラメータではないため、単一変数ESC 1804〜1808の調整がより簡単であることである。ESC 1804〜1808は、確率論的励起信号q…qを生成する際にMISOシステム1702の固有周波数を知る必要も、推定する必要もない。それに加えて、確率論的励起信号q…qの各々はランダムであり得るため、確率論的励起信号q…qが互いに相関しないことを保証する必要はない。確率論的信号ジェネレータ512の複数の実例は、互いに独立して動作することができ、確率論的励起信号q…qが別個の無相関のものであることを保証するための通信または調整を必要としない。 One advantage of the stochastic excitation signals q 1 ... Q N is that adjustment of the single variable ESCs 1804-1808 is easier because the dither frequency ω v is no longer an essential parameter. ESC 1,804-1,808, even need to know the natural frequency of the MISO system 1702 in generating a stochastic excitation signal q 1 ... q N, there is no need to estimate. In addition, each of the stochastic excitation signal q 1 ... q N is to obtain a random, it is not necessary to ensure that the stochastic excitation signals q 1 ... q N are not correlated with each other. Multiple instances of the stochastic signal generator 512 can operate independently of each other and communicate or coordinate to ensure that the stochastic excitation signals q 1 ... Q N are distinct and uncorrelated. Do not need.

いくつかの実施形態では、各単一変数ESC 1804〜1808は、相関係数推定器528の実例を含む。相関係数推定器528の各実例は、操作変数u…uのうちの1つに対する相関係数ρを推定するように構成することができる。例えば、単一変数ESC 1804内の相関係数推定器528の実例は、第1の相関係数ρを生成することができ、単一変数ESC 1806内の相関係数推定器528の実例は、第2の相関係数ρを生成することができ、単一変数ESC 1808内の相関係数推定器528の実例は、第Nの相関係数ρを生成することができる。各相関係数ρ…ρは、対応する操作変数の性能勾配

Figure 2018071963
と関連付ける(例えば、
Figure 2018071963
に比例する)ことができるが、性能変数yの範囲に基づいてスケーリングされる。例えば、各相関係数ρ…ρは、対応する性能勾配
Figure 2018071963
の正規化尺度であり得る(例えば、範囲0≦ρ≦1にスケーリングされる)。 In some embodiments, each single variable ESC 1804-1808 includes an example of a correlation coefficient estimator 528. Each instance of correlation coefficient estimator 528 can be configured to estimate a correlation coefficient ρ for one of the manipulated variables u 1 ... U N. For example, an example of correlation coefficient estimator 528 in single variable ESC 1804 can generate a first correlation coefficient ρ 1, and an example of correlation coefficient estimator 528 in single variable ESC 1806 is The second correlation coefficient ρ 2 can be generated, and an example of the correlation coefficient estimator 528 in the single variable ESC 1808 can generate the Nth correlation coefficient ρ N. Each correlation coefficient ρ 1 ... Ρ N is the performance gradient of the corresponding manipulated variable.
Figure 2018071963
Associated with (for example,
Figure 2018071963
Scaled based on the range of performance variable y. For example, each correlation coefficient ρ 1 ... Ρ N is a corresponding performance gradient.
Figure 2018071963
(For example, scaled to the range 0 ≦ ρ ≦ 1).

いくつかの実施形態では、単一変数ESC 1804〜1808は、その極値探索制御プロセスを実行する際、性能勾配

Figure 2018071963
の代わりに相関係数ρ…ρを使用する。例えば、単一変数ESC 1804は、操作変数uのDC値wを調整して相関係数ρをゼロに至らせることができる。同様に、単一変数ESC 1806は、操作変数uのDC値wを調整して相関係数ρをゼロに至らせることができ、単一変数ESC 1808は、操作変数uのDC値wを調整して相関係数ρをゼロに至らせることができる。性能勾配
Figure 2018071963
の代わりに相関係数ρ…ρを使用する利点の1つは、単一変数ESC 1804〜1808によって使用される調整パラメータが、性能変数yのスケールに基づいてカスタマイズまたは調整する必要のない調整パラメータの一般集合であり得ることである。この利点により、各単一変数ESC 1804〜1808に対する制御ループ特有の調整を実行する必要性が排除され、各ESC 1804〜1808は、多くの異なる制御ループおよび/またはプラントにわたって適用可能な調整パラメータの一般集合を使用できるようになる。 In some embodiments, the single variable ESC 1804-1808 is used to perform a performance gradient when performing its extreme value search control process.
Figure 2018071963
Is used instead of correlation coefficients ρ 1 ... Ρ N. For example, the single variable ESC 1804 can adjust the DC value w 1 of the manipulated variable u 1 to bring the correlation coefficient ρ 1 to zero. Similarly, the single variable ESC 1806 can adjust the DC value w 2 of the manipulated variable u 2 to bring the correlation coefficient ρ 2 to zero, and the single variable ESC 1808 is the DC of the manipulated variable u N. it is possible to adjust the value w N bring the correlation coefficient [rho N to zero. Performance gradient
Figure 2018071963
One advantage of using correlation coefficients ρ 1 ... Ρ N instead of is that the tuning parameters used by single variable ESCs 1804-1808 need not be customized or adjusted based on the scale of performance variable y. It can be a general set of tuning parameters. This advantage eliminates the need to perform control loop specific adjustments for each single variable ESC 1804-1808, and each ESC 1804-1808 has a number of adjustment parameters applicable across many different control loops and / or plants. The general set can be used.

ここで図19を参照すると、例示的な実施形態による別の極値探索制御システム1900が示されている。制御システム1900は、MISOシステム1702および多変数コントローラ1902を含むように示されている。多変数コントローラ1902は、複数の単一変数極値探索コントローラ(ESC)1904、1906および1908を含むように示されている。いくつかの実施形態では、単一変数ESC 1904〜1908は、多変数コントローラ1902の別個の制御モジュールまたはコンポーネントとして実装される。3つの単一変数ESC 1904〜1908しか示されていないが、いかなる数の単一変数ESCも多変数コントローラ1902に含めることができることを理解すべきである。   Referring now to FIG. 19, another extreme value search control system 1900 according to an exemplary embodiment is shown. The control system 1900 is shown to include a MISO system 1702 and a multivariable controller 1902. Multivariable controller 1902 is shown to include a plurality of single variable extreme value search controllers (ESC) 1904, 1906 and 1908. In some embodiments, single variable ESCs 1904-1908 are implemented as separate control modules or components of multivariable controller 1902. Although only three single variable ESCs 1904-1908 are shown, it should be understood that any number of single variable ESCs can be included in the multivariable controller 1902.

単一変数ESC 1904〜1908は、図18を参照して説明されるような単一変数ESC 1804〜1808と同じ機能のいくつかまたはすべてを実行するように構成することができる。各単一変数ESC 1904〜1908は、異なる操作変数u…uに割り当てて、極値探索制御技法を使用して割り当てられた操作変数の最適値を決定するように構成することができる。例えば、単一変数ESC 1904は、操作変数uに割り当てて、uをその最適値に至らせるように構成することができ、単一変数ESC 1906は、操作変数uに割り当てて、uをその最適値に至らせるように構成することができ、単一変数ESC 1908は、操作変数uに割り当てて、uをその最適値に至らせるように構成することができる。いくつかの実施形態では、単一変数ESC 1904〜1908の各々は、再帰的勾配推定器506、フィードバックコントローラ508、相関係数推定器528、確率論的信号ジェネレータ512、積分器514および/または励起信号要素510の実例を含む。これらのコンポーネントは、図5を参照して説明されるように動作するよう構成することができる。 Single variable ESCs 1904-1908 may be configured to perform some or all of the same functions as single variable ESCs 1804-1808 as described with reference to FIG. Each single variable ESC 1904-1908 can be configured to be assigned to a different manipulated variable u 1 ... U N to determine the optimum value of the assigned manipulated variable using extreme value search control techniques. For example, a single variable ESC 1904 can be assigned to the manipulated variable u 1 to configure u 1 to reach its optimal value, and a single variable ESC 1906 can be assigned to the manipulated variable u 2 and u 2 can be configured to reach its optimal value, and a single variable ESC 1908 can be configured to assign the manipulated variable u N to bring u N to its optimal value. In some embodiments, each of the single variable ESCs 1904-1908 includes a recursive gradient estimator 506, a feedback controller 508, a correlation coefficient estimator 528, a stochastic signal generator 512, an integrator 514 and / or an excitation. An example of signal element 510 is included. These components can be configured to operate as described with reference to FIG.

システム1900はMISOシステム1702を含むように示されているが、いくつかの実施形態では、MISOシステム1702の代わりに多重入力多重出力(MIMO)システムを使用できることを理解すべきである。MISOシステム1702の代わりにMIMOシステムが使用される際は、各単一変数ESC 1904〜1908は、MIMOシステムからフィードバック出力として同じ性能変数yまたは異なる性能変数y…yを受信することができる。各単一変数ESC 1904〜1908は、操作変数のうちの1つに対する性能変数のうちの1つの勾配を抽出することができ、極値探索制御技法を使用して、抽出した勾配をゼロに至らせることができる。 Although the system 1900 is shown to include a MISO system 1702, it should be understood that in some embodiments, a multiple input multiple output (MIMO) system can be used in place of the MISO system 1702. When a MIMO system is used instead of the MISO system 1702, each single variable ESC 1904-1908 can receive the same performance variable y or a different performance variable y 1 ... y M as a feedback output from the MIMO system. . Each single variable ESC 1904-1908 can extract the gradient of one of the performance variables for one of the manipulated variables and uses extreme value search control techniques to bring the extracted gradient to zero. Can be made.

いくつかの実施形態では、多変数コントローラ1902は、複数の異なる動作モードで動作するように構成される。例えば、多変数コントローラ1902は、状態遷移条件を評価し、状態遷移条件が満たされた際に複数の異なる動作状態間で切り替えるように構成された有限状態機械またはハイブリッドコントローラとして動作することができる。そのようなハイブリッドコントローラの例は、その全開示が参照により本明細書に組み込まれる2016年8月9日に出願された(特許文献10)で詳細に説明されている。いくつかの実施形態では、多変数コントローラ1902の各動作モードは、操作変数u…uの異なる部分集合と関連付けられる。例えば、多変数コントローラ1902は、第1の動作モードで動作する際は、操作変数u…uの第1の部分集合S={u,u,u,u}をMISOシステム1702に提供し、第2の動作モードで動作する際は、操作変数u…uの第2の部分集合S={u,u,u,u}をMISOシステム1702に提供することができる。各操作変数u…uは、異なる単一変数ESC 1904〜1908によって制御することができる。 In some embodiments, multivariable controller 1902 is configured to operate in a plurality of different modes of operation. For example, the multivariable controller 1902 can operate as a finite state machine or hybrid controller configured to evaluate state transition conditions and switch between a plurality of different operating states when the state transition conditions are met. An example of such a hybrid controller is described in detail in U.S. Pat. No. 6,057,009, filed Aug. 9, 2016, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference. In some embodiments, each mode of operation of multivariable controller 1902 is associated with a different subset of manipulated variables u 1 ... U N. For example, the multivariable controller 1902, when operating in the first mode of operation, MISO instrumental variables u 1 ... first subset of u N S 1 = {u 1 , u 4, u 5, u 7} provided to the system 1702, when operating in the second mode of operation, operation variables u 1 ... second subset S of u N 2 = {u 1, u 2, u 3, u 6} MISO system 1702 Can be provided. Each manipulated variable u 1 ... U N can be controlled by a different single variable ESC 1904-1908.

いくつかの実施形態では、多変数コントローラ1902は、多変数コントローラ1902の動作モードに基づいて、単一変数ESC 1904〜1908の複数の異なるセット間で切り替えるように構成される。多変数コントローラ1902は、各動作モードにおいてどの操作変数u…uがMISOシステム1702に提供されるかに基づいて、個々の単一変数ESC 1904〜1908を選択的に起動および解除することができる。例えば、多変数コントローラ1902は、第1の動作モードに遷移次第、部分集合Sの操作変数を制御するように構成された単一変数ESCを選択的に起動することができる。同様に、多変数コントローラ1902は、第2の動作モードに遷移次第、部分集合Sの操作変数を制御するように構成された単一変数ESCを選択的に起動することができる。多変数コントローラ1902は、現行動作モードにおいてMISOシステム1702に提供される操作変数を制御する必要のない単一変数ESC 1904〜1908のいずれも解除することができる。 In some embodiments, the multivariable controller 1902 is configured to switch between multiple different sets of single variable ESCs 1904-1908 based on the mode of operation of the multivariable controller 1902. The multi-variable controller 1902 can selectively activate and deactivate individual single variables ESC 1904-1908 based on which manipulated variables u 1 ... U N are provided to the MISO system 1702 in each mode of operation. it can. For example, the multivariable controller 1902 can be activated as soon as the transition to the first mode of operation, a single variable ESC configured to control the operation variables of the subset S 1 selectively. Similarly, multivariable controller 1902 may activate the transition as soon as the second mode of operation, a single variable ESC configured to control the operation variables of the subset S 2 selectively. The multi-variable controller 1902 can cancel any of the single variable ESCs 1904-1908 that do not need to control the operational variables provided to the MISO system 1702 in the current mode of operation.

テスト結果の例
ここで図20を参照すると、例示的な実施形態による、本明細書で説明される多変数最適化技法をテストするために使用された極値探索制御システム2000の例が示されている。システム2000は、2つの単一変数ESC 2002および2004ならびにMISOシステム2012を含むように示されている。単一変数ESC 2002、2004の各々は、図18、19を参照して説明されるような単一変数ESC 1804〜1808または1904〜1908のいずれかと同じものでも、同様のものでもよい。単一変数ESC 2002は、第1の操作変数uをMISOシステム2012に提供し、単一変数ESC 2004は、第2の操作変数uをMISOシステム2012に提供する。
Example Test Results Referring now to FIG. 20, an example of an extreme value search control system 2000 used to test the multivariable optimization techniques described herein is shown in accordance with an illustrative embodiment. ing. System 2000 is shown to include two single variable ESCs 2002 and 2004 and MISO system 2012. Each of the single variables ESC 2002, 2004 may be the same as or similar to any of the single variables ESC 1804-1808 or 1904-1908 as described with reference to FIGS. Single variable ESC 2002 provides a first operational variable u 1 to MISO system 2012 and single variable ESC 2004 provides a second operational variable u 2 to MISO system 2012.

MISOシステム2012は、図17を参照して説明されるようなMISOシステム1702と同じものでも、同様のものでもよい。MISOシステム2012は、入力ダイナミクス2006、2008および性能マップ2010を含むように示されている。入力ダイナミクス2006、2008は、以下の臨界的に減衰する二次形式を有するように選択された。

Figure 2018071963
式中、ωは、
Figure 2018071963
に設定された。入力ダイナミクス2006は、操作変数uを変数xに変換し、入力ダイナミクス2008は、操作変数uを変数xに変換する。 The MISO system 2012 may be the same as or similar to the MISO system 1702 described with reference to FIG. The MISO system 2012 is shown to include input dynamics 2006, 2008 and a performance map 2010. The input dynamics 2006, 2008 were selected to have the following critically decaying quadratic form.
Figure 2018071963
Where ω is
Figure 2018071963
Was set to The input dynamics 2006 converts the operation variable u 1 into the variable x 1 , and the input dynamics 2008 converts the operation variable u 2 into the variable x 2 .

性能マップ2010は、以下の方程式に示されるように、連続の、微分可能な、分離不可能な、スケーリング不可能な、単一モードのAckley(2)関数タイプの2D非線形静的マップとして選択された。

Figure 2018071963
性能マップ2010の出力は、性能変数y(すなわち、y=f(x))として単一変数ESC 2002、2004の両方に提供される。 The performance map 2010 is selected as a continuous, differentiable, non-separable, non-scalable, single-mode Ackley (2) function type 2D nonlinear static map as shown in the equation below. It was.
Figure 2018071963
The output of performance map 2010 is provided to both single variables ESC 2002, 2004 as performance variable y (ie, y = f (x)).

ここで図21〜23を参照すると、システム2000上で実行されたテストからの結果が提示されている。単一変数ESC 2002、2004に対して、図5を参照して説明される極値探索制御技法が実行された。各操作変数uおよびuの最適値は、u=0およびu=0であり、性能変数yの最適値は、y=−200である。各操作変数uおよびuは、u=5およびu=5において初期値に設定された。いずれの制御ループに対しても調整は実行されなかった。図21は、性能変数yがy=−200の最適値に素早く収束することを示すグラフ2100である。図22、23は、操作変数uおよびuがその最適値u=0およびu=0に素早く収束することを示すグラフ2200および2300である。 Referring now to FIGS. 21-23, results from tests performed on the system 2000 are presented. For the single variable ESC 2002, 2004, the extreme value search control technique described with reference to FIG. 5 was performed. The optimum values for each manipulated variable u 1 and u 2 are u 1 = 0 and u 2 = 0, and the optimum value for performance variable y is y = −200. Each manipulated variable u 1 and u 2 was set to an initial value at u 1 = 5 and u 2 = 5. No adjustment was performed for any control loop. FIG. 21 is a graph 2100 showing that the performance variable y quickly converges to the optimal value of y = −200. 22 and 23 are graphs 2200 and 2300 showing that the manipulated variables u 1 and u 2 quickly converge to their optimal values u 1 = 0 and u 2 = 0.

テストの結果は、難しい分離不可能な2D性能マップ2010にもかかわらず、複数の単一変数極値探索コントローラを使用したマルチループ極値探索制御技法は素早く収束することを示している。分離不可能な問題に個々のフィードバック制御ループを調整する必要なくこの技法を適用できることで、この手法は、実用的な実装形態にとってとりわけ魅力的なものになる。   The test results show that despite the difficult inseparable 2D performance map 2010, the multi-loop extreme value search control technique using multiple single variable extreme value search controllers converges quickly. The ability to apply this technique to inseparable problems without having to adjust individual feedback control loops makes this approach particularly attractive for practical implementations.

多変数最適化プロセス
ここで図24を参照すると、例示的な実施形態による、複数の単一変数極値探索コントローラを使用した多変数最適化プロセス2400のフローチャートが示されている。プロセス2400は、図18、19を参照して説明されるような極値探索制御システム1800または1900の1つまたは複数のコンポーネントによって実行することができる。例えば、プロセス2400は、単一変数極値探索コントローラのセット(例えば、ESC 1804〜1808または1904〜1908)によって実行することができる。単一変数ESCは、別個のコントローラとして(図18に示されるように)または多変数コントローラのモジュールとして(図19に示されるように)実装することができる。
Multivariable Optimization Process Referring now to FIG. 24, a flowchart of a multivariable optimization process 2400 using multiple single variable extremum search controllers is shown in accordance with an illustrative embodiment. Process 2400 may be performed by one or more components of extreme search control system 1800 or 1900 as described with reference to FIGS. For example, the process 2400 may be performed by a set of single variable extremum search controllers (eg, ESC 1804-1808 or 1904-1908). A single variable ESC can be implemented as a separate controller (as shown in FIG. 18) or as a module of a multivariable controller (as shown in FIG. 19).

プロセス2400は、プラントに入力として複数の操作変数u…uを提供すること(ステップ2402)と、プラントからフィードバックとして性能変数yを受信すること(ステップ2404)とを含むように示されている。いくつかの実施形態では、プラントは、MISOシステム1702と同じものでも、同様のものでもよい。例えば、プラントは、入力として複数の操作変数u…uを受信し、出力として単一の性能変数yを提供することができる。他の実施形態では、プラントは、出力として複数の性能変数を提供する。例えば、プラントは、多重入力多重出力(MIMO)システムであり得る。操作変数u…uの各々は、別個の単一変数極値探索コントローラ(例えば、単一変数ESC 1804〜1808または1904〜1908のうちの1つ)によって独立して生成し、提供することができる。性能変数yは、プラントから受信し、入力として単一変数ESCの各々に提供することができる。言い換えれば、単一変数ESCの各々は、入力として同じ性能変数yを受信することができる。 Process 2400 is shown to include providing a plurality of manipulated variables u 1 ... U N as inputs to the plant (step 2402) and receiving performance variable y as feedback from the plant (step 2404). Yes. In some embodiments, the plant may be the same as or similar to the MISO system 1702. For example, the plant can receive a plurality of manipulated variables u 1 ... U N as input and provide a single performance variable y as output. In other embodiments, the plant provides multiple performance variables as outputs. For example, the plant may be a multiple input multiple output (MIMO) system. Each of the manipulated variables u 1 ... U N is independently generated and provided by a separate single variable extreme value search controller (eg, one of the single variables ESC 1804 to 1808 or 1904 to 1908). Can do. The performance variable y can be received from the plant and provided as an input to each of the single variable ESCs. In other words, each single variable ESC can receive the same performance variable y as input.

プロセス2400は、操作変数u…uの各々に対する性能変数yの勾配を独立して決定するために複数の異なる単一変数ESCを使用すること(ステップ2406)を含むように示されている。いくつかの実施形態では、単一変数ESCの各々は、操作変数u…uのうちの1つに対応する。各単一変数ESCは、対応する操作変数u…uに対する性能変数yの傾きを推定することができる。例えば、第1の単一変数ESCは、第1の操作変数uに対する性能変数yの勾配または傾き

Figure 2018071963
を推定するように構成することができ、第2の単一変数ESCは、第2の操作変数uに対する性能変数yの勾配または傾き
Figure 2018071963
を推定するように構成することができ、第Nの単一変数ESCは、第Nの操作変数uに対する性能変数yの勾配または傾き
Figure 2018071963
を推定するように構成することができる。単一変数ESCは、互いに独立して動作することができ、そのそれぞれの勾配推定プロセスを実行するための通信または調整を必要としない。 Process 2400 is shown to include using a plurality of different single variables ESC (step 2406) to independently determine the slope of performance variable y for each of manipulated variables u 1 ... U N. . In some embodiments, each single variable ESC corresponds to one of the manipulated variables u 1 ... U N. Each single variable ESC can estimate the slope of the performance variable y relative to the corresponding manipulated variable u 1 ... U N. For example, the first single variable ESC is the slope or slope of the performance variable y with respect to the first manipulated variable u 1
Figure 2018071963
And the second single variable ESC is the slope or slope of the performance variable y with respect to the second manipulated variable u 2
Figure 2018071963
It can be configured to estimate a single variable ESC of the N, the slope or inclination of the performance variable y with respect to the operation variable u N of the N
Figure 2018071963
Can be configured to estimate. Single variable ESCs can operate independently of each other and do not require communication or adjustment to perform their respective gradient estimation processes.

プロセス2400は、各操作変数に対するフィードバックコントローラの出力を調節することによって推定勾配をゼロに至らせること(ブロック2408)を含むように示されている。各フィードバックコントローラは、単一変数ESCのうちの1つのコンポーネント(図5に示されるような)であり得る。各フィードバックコントローラは、操作変数の最適値(すなわち、ゼロの勾配をもたらす操作変数の値)に達するまで、対応する勾配をゼロに至らせる方向に対応する操作変数(すなわち、u…uのうちの1つ)の値を調整することができる。例えば、第1の単一変数ESC内の第1のフィードバックコントローラは、操作変数uのDC値wを調整することによって勾配

Figure 2018071963
をゼロに至らせるように構成することができる。同様に、第2の単一変数ESC内の第2のフィードバックコントローラは、操作変数uのDC値wを調整することによって勾配
Figure 2018071963
をゼロに至らせるように構成することができ、第Nの単一変数ESC内の第Nのフィードバックコントローラは、操作変数uのDC値wを調整することによって勾配
Figure 2018071963
をゼロに至らせるように構成することができる。複数のフィードバックコントローラは、互いに独立して動作することができ、そのそれぞれの勾配をゼロに至らせるための操作変数u…u間の相互作用についてのいかなる情報も必要としない。 Process 2400 is shown to include bringing the estimated slope to zero (block 2408) by adjusting the output of the feedback controller for each manipulated variable. Each feedback controller may be a component of a single variable ESC (as shown in FIG. 5). Each feedback controller has an operating variable (ie, u 1 ... N of the operating variable corresponding to the direction that brings the corresponding slope to zero until the optimal value of the operating variable (ie, the value of the operating variable that yields a slope of zero) is reached. The value of one of them can be adjusted. For example, the first feedback controller in the first single variable ESC can be graded by adjusting the DC value w 1 of the manipulated variable u 1.
Figure 2018071963
Can be configured to reach zero. Gradient Similarly, a second feedback controller in the second single variable ESC by adjusting the DC value w 2 of manipulated variables u 2
Figure 2018071963
The can be configured to bring to zero, the feedback controller of the N in a single variable ESC of the N, the slope by adjusting the DC value w N manipulated variable u N
Figure 2018071963
Can be configured to reach zero. The multiple feedback controllers can operate independently of each other and do not require any information about the interaction between manipulated variables u 1 ... U N to bring their respective slopes to zero.

プロセス2400は、各操作変数に対する励起信号を生成すること(ステップ2410)を含むように示されている。各励起信号は、別個の励起信号ジェネレータによって生成することができ、励起信号ジェネレータは、単一変数ESCのうちの1つのコンポーネント(図5に示されるような)であり得る。いくつかの実施形態では、第1の単一変数ESC内の第1の励起信号ジェネレータは、第1の励起信号qを生成し、第2の単一変数ESC内の第2の励起信号ジェネレータは、第2の励起信号qを生成し、第Nの単一変数ESC内の第Nの励起信号ジェネレータは、第Nの励起信号qを生成する。励起信号は、以前に説明されるように、周期的ディザ信号または確率論的励起信号であり得る。周期的ディザ信号が使用される場合は、各単一変数ESCは、異なるディザ周波数を使用して、各操作変数u…uの効果を性能変数yにおいて一意的に識別できるように構成することができる。確率論的励起信号が使用される場合は、確率論的信号の互いの相関性は自然となくなる。これにより、励起信号を生成する際の単一変数ESC間の通信または調整に対する要件が排除される。 Process 2400 is shown to include generating an excitation signal for each manipulated variable (step 2410). Each excitation signal can be generated by a separate excitation signal generator, which can be a component of a single variable ESC (as shown in FIG. 5). In some embodiments, the first excitation signal generator in the first single variable ESC generates a first excitation signal q 1 and the second excitation signal generator in the second single variable ESC. Generates a second excitation signal q2, and an Nth excitation signal generator in the Nth single variable ESC generates an Nth excitation signal qN. The excitation signal can be a periodic dither signal or a stochastic excitation signal, as previously described. If a periodic dither signal is used, each single variable ESC is configured so that the effect of each manipulated variable u 1 ... U N can be uniquely identified in performance variable y using a different dither frequency. be able to. If stochastic excitation signals are used, the correlations of the stochastic signals will naturally disappear. This eliminates the requirement for communication or coordination between single variable ESCs when generating the excitation signal.

プロセス2400は、対応する励起信号を用いて各フィードバックコントローラの出力に摂動を与えることによって各操作変数の新しい値を生成すること(ステップ2412)を含むように示されている。各励起信号q…qは、以下の方程式に示されるように、操作変数u…uを形成するために、対応する操作変数のDC値w…wに加えることができる。
=w+q
=w+q

=w+q
次いで、操作変数u…uの新しい値は、プラントに入力として提供することができ(ステップ2402)、プロセス2400を繰り返すことができる。
Process 2400 is shown to include generating a new value for each manipulated variable by perturbing the output of each feedback controller with a corresponding excitation signal (step 2412). Each excitation signal q 1 ... q N, as shown in the following equation, in order to form a manipulated variable u 1 ... u N, can be added to the DC value w 1 ... w N corresponding manipulated variables.
u 1 = w 1 + q 1
u 2 = w 2 + q 2
...
u N = w N + q N
The new value of the manipulated variable u 1 ... U N can then be provided as input to the plant (step 2402) and the process 2400 can be repeated.

ここで図25を参照すると、例示的な実施形態による、複数の単一変数極値探索コントローラを使用した多変数最適化プロセス2500のフローチャートが示されている。プロセス2500は、図18、19を参照して説明されるように極値探索制御システム1800または1900の1つまたは複数のコンポーネントによって実行することができる。例えば、プロセス2500は、単一変数極値探索コントローラのセット(例えば、ESC 1804〜1808または1904〜1908)によって実行することができる。単一変数ESCは、別個のコントローラとして(図18に示されるように)または多変数コントローラのモジュールとして(図19に示されるように)実装することができる。   Referring now to FIG. 25, a flowchart of a multivariable optimization process 2500 using a plurality of single variable extreme value search controllers is shown in accordance with an illustrative embodiment. Process 2500 may be performed by one or more components of extreme value search control system 1800 or 1900 as described with reference to FIGS. For example, process 2500 may be performed by a set of single variable extremum search controllers (eg, ESCs 1804-1808 or 1904-1908). A single variable ESC can be implemented as a separate controller (as shown in FIG. 18) or as a module of a multivariable controller (as shown in FIG. 19).

プロセス2500は、第1の動作モードで動作しながら、単一変数ESCの第1のセットを使用して操作変数の第1の集合をプラントに提供すること(ステップ2502)を含むように示されている。いくつかの実施形態では、各動作モードは、操作変数u…uの異なる部分集合と関連付けられる。例えば、操作変数u…uの第1の部分集合S={u,u,u,u}は第1の動作モードであり得、操作変数u…uの第2の部分集合S={u,u,u,u}は、第2の動作モードと関連付けることができる。各操作変数u…uは、異なる単一変数ESCによって制御することができる。 Process 2500 is shown to include providing a first set of manipulated variables to a plant using a first set of single variable ESCs while operating in a first mode of operation (step 2502). ing. In some embodiments, each mode of operation is associated with a different subset of manipulated variables u 1 ... u N. For example, a first subset of manipulated variables u 1 ... u N S 1 = {u 1, u 4, u 5, u 7} may be a first mode of operation, the manipulated variable u 1 ... u N The two subsets S 2 = {u 1 , u 2 , u 3 , u 6 } can be associated with the second mode of operation. Each manipulated variable u 1 ... U N can be controlled by a different single variable ESC.

プロセス2500は、第1の動作モードから第2の動作モードに遷移すること(ステップ2504)と、第2の動作モードと関連付けられた操作変数の第2の集合を識別すること(ステップ2506)とを含むように示されている。いくつかの実施形態では、第1の動作モードからの遷移は、1つまたは複数の状態遷移条件を満たした結果として起こる。例えば、多変数コントローラは、状態遷移条件を評価し、状態遷移条件が満たされた際に複数の異なる動作状態間で切り替えるように構成された有限状態機械またはハイブリッドコントローラとして動作することができる。第2の動作モードと関連付けられた操作変数の集合を識別することは、データベースからそのような情報を回収すること、または、第2の動作モードにおいてプラントに必要な入力を自動的に識別することを含み得る。   Process 2500 transitions from a first mode of operation to a second mode of operation (step 2504) and identifying a second set of manipulated variables associated with the second mode of operation (step 2506). Is shown to include. In some embodiments, the transition from the first mode of operation occurs as a result of meeting one or more state transition conditions. For example, a multivariable controller can operate as a finite state machine or hybrid controller configured to evaluate state transition conditions and switch between a plurality of different operating states when the state transition conditions are met. Identifying the set of manipulated variables associated with the second mode of operation retrieves such information from the database or automatically identifies the inputs required for the plant in the second mode of operation Can be included.

プロセス2500は、操作変数の第2の集合を最適化するように構成された単一変数ESCの第2のセットを起動すること(ステップ2508)と、第2の動作モードで動作しながら、単一変数ESCの第2のセットを使用して操作変数の第2の集合をプラントに提供すること(ステップ2510)とを含むように示されている。操作変数の第2の集合の各々は、別個の単一変数ESCによって制御することができる。ステップ2508は、各動作モードにおいてどの操作変数u…uがプラントに提供されるかに基づいて、1つまたは複数の単一変数ESCを選択的に起動および/または解除することを含み得る。部分集合Sの操作変数を制御するように構成された単一変数ESCは、第1の動作モードに遷移次第、選択的に起動することができる。同様に、部分集合Sの操作変数を制御するように構成された単一変数ESCは、第2の動作モードに遷移次第、起動することができる。ステップ2508は、現行動作モードにおいてプラントに提供される操作変数を制御する必要のない単一変数ESCを解除することを含み得る。 Process 2500 activates a second set of single variables ESC configured to optimize a second set of manipulated variables (step 2508) and operates in a second mode of operation while Providing a second set of manipulated variables to the plant using a second set of univariate ESCs (step 2510). Each of the second set of manipulated variables can be controlled by a separate single variable ESC. Step 2508 may include selectively activating and / or deactivating one or more single variables ESC based on which operating variables u 1 ... U N are provided to the plant in each mode of operation. . Single variable ESC configured to control the operation variables of the subset S 1 as soon as the transition to the first mode of operation, can be selectively activated. Similarly, a single variable ESC configured to control the operation variables of the subset S 2 as soon as the transition to the second operating mode, can be activated. Step 2508 may include releasing a single variable ESC that does not need to control the manipulated variable provided to the plant in the current mode of operation.

実装形態の例
ここで図26〜28を参照すると、例示的な実施形態による、複数の単一変数ESCを使用した多変数最適化のいくつかの実装形態の例が示されている。図26〜28に示される実装形態は、複数の単一変数ESC、単一変数ESCによってMISOシステム1702に提供することができる操作変数u、および、MISOシステム1702からフィードバックとして受信することができる性能変数yを使用して制御することができるMISOシステム(例えば、MISOシステム1702)の様々な実施形態を示す。
Example Implementations Referring now to FIGS. 26-28, there are shown some example implementations of multivariable optimization using multiple single variable ESCs, according to an exemplary embodiment. The implementation shown in FIGS. 26-28 has multiple single variable ESCs, manipulated variables u that can be provided to MISO system 1702 by a single variable ESC, and performance that can be received as feedback from MISO system 1702. FIG. 6 illustrates various embodiments of a MISO system (eg, MISO system 1702) that can be controlled using a variable y.

冷却水プラント2600
特に図26を参照すると、いくつかの実施形態による冷却水プラント2600が示されている。冷却水プラント2600は、図10Aおよび11Aを参照して説明されるような冷却水プラント1000および/または冷却水プラント1100のコンポーネントのいくつかまたはすべてを含み得る。例えば、冷却水プラント2600は、冷凍機2602、冷却塔2604および空気処理ユニット(AHU)2606を含むように示されている。冷凍機2602は、凝縮器送水ループ2622によって冷却塔2604と接続される。凝縮器送水ループ2622に沿って位置する凝縮器送水ポンプ2614は、冷却塔2604と冷凍機2602との間で凝縮器水を循環させる。冷却塔ファンシステム2636は、冷却塔2604内の凝縮器水の冷却を容易にするために、冷却塔2604中を流れる気流を提供する。また、冷凍機2602は、冷却流体ループ2624を介してAHU 2606とも接続される。冷却流体ループ2624に沿って位置する冷却流体ポンプ2616は、冷凍機2602とAHU 2606との間で冷却流体を循環させる。
Cooling water plant 2600
With particular reference to FIG. 26, a cooling water plant 2600 according to some embodiments is illustrated. The cooling water plant 2600 may include some or all of the components of the cooling water plant 1000 and / or the cooling water plant 1100 as described with reference to FIGS. 10A and 11A. For example, the cooling water plant 2600 is shown to include a refrigerator 2602, a cooling tower 2604, and an air treatment unit (AHU) 2606. The refrigerator 2602 is connected to the cooling tower 2604 by a condenser water supply loop 2622. A condenser water pump 2614 located along the condenser water loop 2622 circulates condenser water between the cooling tower 2604 and the refrigerator 2602. Cooling tower fan system 2636 provides an airflow that flows through cooling tower 2604 to facilitate cooling of the condenser water in cooling tower 2604. The refrigerator 2602 is also connected to the AHU 2606 via a cooling fluid loop 2624. A cooling fluid pump 2616 located along the cooling fluid loop 2624 circulates cooling fluid between the refrigerator 2602 and the AHU 2606.

冷却水プラント2600は、第1の単一変数ESC 2642および第2の単一変数ESC 2644を含むように示されている。両方の単一変数ESC 2642、2644は、冷却塔ファンシステム2636 Ptower、凝縮器送水ポンプ2614 Ppumpおよび冷凍機2602の圧縮機2634 Pchillerによって消費された総電力を表す電力入力Ptotal(すなわち、Ptotal=Ptower+Ppump+Pchiller)を受信するように示されている。図26に示されるように、電力入力Ptower、PpumpおよびPchillerは、総電力Ptotalを表す組合せ信号を提供するために、単一変数ESC 2642、2644の外部の総和ブロック2640で総和することができる。他の実施形態では、単一変数ESC 2642、2644は、個々の電力入力Ptower、PpumpおよびPchillerを受信し、総和ブロック2640の総和を実施する。いずれの事例でも、単一変数ESC 2642、2644は、総システム電力を表す単一の総和または組合せ信号Ptotalとして電力入力が提供される場合であっても、電力入力Ptower、PpumpおよびPchillerを受信することが言える。 The cooling water plant 2600 is shown to include a first single variable ESC 2642 and a second single variable ESC 2644. Single variable ESC 2642,2644 Both of cooling tower fan system 2636 P tower, condenser water pump 2614 P pump and power representing the total power consumed by the compressor 2634 P chiller refrigerator 2602 input P total (i.e. It is shown to receive a P total = P tower + P pump + P chiller). As shown in FIG. 26, the power input P tower, P pump and P chiller is to provide a combined signal representative of the total power P total, summing outside the summation block 2640 of a single variable ESC 2642,2644 be able to. In another embodiment, a single variable ESC 2642,2644, the individual power input P tower, receives the P pump and P chiller, to implement the sum of the total block 2640. In either case, the single variable ESC 2642,2644, even if a single sum or power input as a combination signal P total representing the total system power is provided, the power input P tower, P pump and P It can be said that a chiller is received.

いくつかの実施形態では、総システム電力Ptotalは、単一変数ESC 2642、2644が最適化(例えば、最小化)しようと努める性能変数である。総システム電力Ptotalは、冷却水プラント2600の1つまたは複数のコンポーネントの電力消費量を含み得る。図26に示される実施形態では、総システム電力Ptotalは、Ptower、PpumpおよびPchillerを含む。しかし、様々な他の実施形態では、総システム電力Ptotalは、電力入力のいかなる組合せも含み得る。例えば、総システム電力Ptotalは、AHU 2606内のファンの電力消費量、冷却流体ポンプ2616の電力消費量および/または冷却水プラント2600内で生じる他の任意の電力消費量を含み得る。 In some embodiments, the total system power P total is a performance variable that the single variable ESC 2642, 2644 seeks to optimize (eg, minimize). The total system power P total may include the power consumption of one or more components of the cooling water plant 2600. In the embodiment shown in FIG. 26, the total system power P total includes P tower, P pump and P chiller. However, in various other embodiments, the total system power P total may include any combination of power inputs. For example, the total system power P total may include the power consumption of the fans in the AHU 2606, the power consumption of the cooling fluid pump 2616, and / or any other power consumption that occurs in the cooling water plant 2600.

単一変数ESC 2642は、冷却塔ファンシステム2636にファン速度制御信号を提供するように示されている。いくつかの実施形態では、冷却塔ファン速度Fanspは、単一変数ESC 2642が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。例えば、単一変数ESC 2642は、冷却塔2604によって凝縮器水から除去される熱の量を増加させるために冷却塔ファンシステム2636の速度を上げることも、冷却塔2604によって凝縮器水から除去される熱の量を減少させるために冷却塔ファンシステム2636の速度を下げることもできる。冷却塔ファン速度Fanspを下げることにより、冷却塔電力消費量Ptowerを低減することができるが、高温凝縮器水に熱を伝達するための追加の冷凍機電力が必要になるため、冷凍機電力消費量Pchillerを増加させる可能性がある。単一変数ESC 2642は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適な冷却塔ファン速度Fansp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。 Single variable ESC 2642 is shown to provide a fan speed control signal to cooling tower fan system 2636. In some embodiments, the cooling tower fan speed Fan sp is a manipulated variable that adjusts so that the single variable ESC 2642 affects the total system power P total . For example, the single variable ESC 2642 may also increase the speed of the cooling tower fan system 2636 to increase the amount of heat removed from the condenser water by the cooling tower 2604 and may be removed from the condenser water by the cooling tower 2604. The cooling tower fan system 2636 can be slowed down to reduce the amount of heat generated. By lowering the cooling tower fan speed Fan sp, can reduce the cooling tower power consumption P tower, due to additional refrigeration power to transfer heat to the hot condenser water is required, the refrigerator There is a possibility of increasing the power consumption P chiller . The single variable ESC 2642 dynamically searches for unknown inputs (eg, optimal cooling tower fan speed Fan sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach the optimal value. Implement an extreme value search control strategy.

同様に、単一変数ESC 2644は、凝縮器送水ポンプ2614にポンプ電力制御信号を提供するように示されている。いくつかの実施形態では、ポンプ速度Pumpspは、単一変数ESC 2644が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。例えば、単一変数ESC 2644は、凝縮器2618内の冷媒から除去される熱の量を増加させるために凝縮器送水ポンプ2614の速度を上げることも、凝縮器2618内の冷媒から除去される熱の量を減少させるために凝縮器送水ポンプ2614の速度を下げることもできる。ポンプ速度Pumpspを下げることにより、ポンプ電力消費量Ppumpを低減することができるが、高温凝縮器水に熱を伝達するための追加の冷凍機電力が必要になるため、冷凍機電力消費量Pchillerを増加させる可能性がある。単一変数ESC 2644は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適なポンプ速度Pumpsp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。 Similarly, a single variable ESC 2644 is shown to provide a pump power control signal to the condenser water pump 2614. In some embodiments, the pump speed Pump sp is an manipulated variable that adjusts so that the single variable ESC 2644 affects the total system power P total . For example, the single variable ESC 2644 may increase the speed of the condenser water pump 2614 to increase the amount of heat removed from the refrigerant in the condenser 2618, or the heat removed from the refrigerant in the condenser 2618. The speed of the condenser water pump 2614 can also be reduced to reduce the amount of water. By reducing the pump speed Pump sp , the pump power consumption P pump can be reduced, but because additional refrigerator power is required to transfer heat to the high-temperature condenser water, the refrigerator power consumption P chiller may be increased. The single variable ESC 2644 is a pole that dynamically searches for unknown inputs (eg, optimal pump speed Pump sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach optimal values. Implement a value search control strategy.

可変冷媒流量システム2700
ここで図27を参照すると、いくつかの実施形態による別の可変冷媒流量(VRF)システム2700が示されている。VRFシステム2700は、図12Aおよび13Aを参照して説明されるようなVRFシステム1200および/またはVRFシステム1300のコンポーネントのいくつかまたはすべてを含み得る。例えば、VRFシステム2700は、屋外ユニット2702、いくつかの熱回収ユニット2704およびいくつかの屋内ユニット2706を含むように示されている。
Variable refrigerant flow system 2700
Referring now to FIG. 27, another variable refrigerant flow (VRF) system 2700 is shown according to some embodiments. VRF system 2700 may include some or all of the components of VRF system 1200 and / or VRF system 1300 as described with reference to FIGS. 12A and 13A. For example, the VRF system 2700 is shown to include an outdoor unit 2702, a number of heat recovery units 2704, and a number of indoor units 2706.

屋外ユニット2702は、圧縮機2714および熱交換器2720を含むように示されている。圧縮機2714は、熱交換器2720と屋内ユニット2706との間で冷媒を循環させる。熱交換器2720は、VRFシステム2700が冷却モードで動作する際には凝縮器(冷媒が外気に排熱することを可能にする)として機能することも、VRFシステム2700が加熱モードで動作する際には蒸発器(冷媒が外気から吸熱することを可能にする)として機能することもできる。ファン2718は、熱交換器2720中を流れる気流を提供する。ファン2718の速度は、熱交換器2720内の冷媒内または冷媒外への熱伝達率を調節するために調整することができる。   Outdoor unit 2702 is shown to include a compressor 2714 and a heat exchanger 2720. The compressor 2714 circulates the refrigerant between the heat exchanger 2720 and the indoor unit 2706. The heat exchanger 2720 functions as a condenser (allows the refrigerant to exhaust heat to the outside air) when the VRF system 2700 operates in the cooling mode, or when the VRF system 2700 operates in the heating mode. Can also function as an evaporator (which allows the refrigerant to absorb heat from the outside air). Fan 2718 provides an airflow that flows through heat exchanger 2720. The speed of the fan 2718 can be adjusted to adjust the heat transfer rate into or out of the refrigerant in the heat exchanger 2720.

各屋内ユニット2706は、熱交換器2726および膨脹弁2724を含むように示されている。熱交換器2726の各々は、屋内ユニット2706が加熱モードで動作する際には凝縮器(冷媒が部屋またはゾーン内の空気に排熱することを可能にする)として機能することも、屋内ユニット2706が冷却モードで動作する際には蒸発器(冷媒が部屋またはゾーン内の空気から吸熱することを可能にする)として機能することもできる。ファン2722は、熱交換器2726中を流れる気流を提供する。ファン2722の速度は、熱交換器2726内の冷媒内または冷媒外への熱伝達率を調節するために調整することができる。温度センサは、屋内ユニット2706内の冷媒の温度Tを測定するために使用することができる。 Each indoor unit 2706 is shown to include a heat exchanger 2726 and an expansion valve 2724. Each of the heat exchangers 2726 can function as a condenser (allowing the refrigerant to exhaust heat into the air in the room or zone) when the indoor unit 2706 operates in the heating mode, or the indoor unit 2706. When operating in cooling mode, it can also function as an evaporator (allowing refrigerant to absorb heat from the air in the room or zone). Fan 2722 provides an airflow through heat exchanger 2726. The speed of the fan 2722 can be adjusted to adjust the heat transfer rate into or out of the refrigerant in the heat exchanger 2726. The temperature sensor can be used to measure the temperature Tr of the refrigerant in the indoor unit 2706.

VRFシステム2700は、第1の単一変数ESC 2732および第2の単一変数ESC 2738を含むように示されている。両方の単一変数ESC 2732および2738は、屋外ユニット2702によって消費された総電力Poutdoorおよび各屋内ユニット2703によって消費された総電力Pindoorを表す電力入力Ptotal(すなわち、Ptotal=Poutdoor+Pindoor)を受信するように示されている。図27に示されるように、電力入力PoutdoorおよびPindoorは、総電力Ptotalを表す組合せ信号を提供するために、単一変数ESC 2732および2738の外部の総和ブロック2730で総和することができる。他の実施形態では、単一変数ESC 2732および2738は、個々の電力入力PoutdoorおよびPindoorを受信し、総和ブロック2730の総和を実施する。いずれの事例でも、単一変数ESC 2732および2738は、総システム電力を表す単一の総和または組合せ信号Ptotalとして電力入力が提供される場合であっても、電力入力PoutdoorおよびPindoorを受信することが言える。 VRF system 2700 is shown to include a first single variable ESC 2732 and a second single variable ESC 2738. Both single variables ESC 2732 and 2738 are the power input P total representing the total power Poutoror consumed by the outdoor unit 2702 and the total power Pindoor consumed by each indoor unit 2703 (ie, Ptotal = Poutor + P (indoor ). As shown in FIG. 27, power input P outdoor and P indoor, in order to provide a combined signal representative of the total power P total, it is possible to sum outside the summation block 2730 of a single variable ESC 2732 and 2738 . In other embodiments, single variables ESCs 2732 and 2738 receive the individual power inputs P outdoor and P indoor and perform the summation of summation block 2730. In either case, the single variable ESC 2732 and 2738, even if a single sum or power input as a combination signal P total representing the total system power is provided, receiving the power input P outdoor and P indoor I can say that.

いくつかの実施形態では、総システム電力Ptotalは、単一変数ESC 2732および2738が最適化(例えば、最小化)しようと努める性能変数である。総システム電力Ptotalは、VRFシステム2700の1つまたは複数のコンポーネントの電力消費量を含み得る。図27に示される実施形態では、総システム電力Ptotalは、PoutdoorおよびPindoorを含む。しかし、様々な他の実施形態では、総システム電力Ptotalは、電力入力のいかなる組合せも含み得る。例えば、総システム電力Ptotalは、屋外ユニット2702内のファン2718、屋内ユニット2706内のファン2722、熱回収ユニット2704の電力消費量および/またはVRFシステム2700内で生じる他の任意の電力消費量を含み得る。 In some embodiments, the total system power P total is a performance variable that the single variables ESC 2732 and 2738 seek to optimize (eg, minimize). The total system power P total may include the power consumption of one or more components of the VRF system 2700. In the embodiment shown in FIG. 27, the total system power P total includes P outdoor and P indoor. However, in various other embodiments, the total system power P total may include any combination of power inputs. For example, the total system power P total represents the power consumption of the fan 2718 in the outdoor unit 2702, the fan 2722 in the indoor unit 2706, the heat recovery unit 2704 and / or any other power consumption that occurs in the VRF system 2700. May be included.

単一変数ESC 2732は、屋外ユニット2702に過熱セットポイントSHspを提供するように示されている。いくつかの実施形態では、過熱セットポイントSHspは、単一変数ESC 2732が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。例えば、単一変数ESC 2732は、飽和温度に対して冷媒の温度を上昇させるために過熱セットポイントSHspを増やすことも、屋外ユニット2702内の冷媒の温度が飽和温度に近くなるようにするために過熱セットポイントSHspを減らすこともできる。過熱セットポイントSHspを減らすことにより、屋外ユニット電力消費量Poutdoorを低減することができるが、低温冷媒から熱を伝達するための追加のファン電力が必要になるため、屋内ユニット電力消費量Pindoorを増加させる可能性がある。単一変数ESC 2732は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適な過熱セットポイントSHsp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。 A single variable ESC 2732 is shown to provide the overheat set point SH sp to the outdoor unit 2702. In some embodiments, the overheat setpoint SH sp is an manipulated variable that adjusts so that the single variable ESC 2732 affects the total system power P total . For example, the single variable ESC 2732 may increase the superheat set point SH sp to increase the refrigerant temperature relative to the saturation temperature, so that the refrigerant temperature in the outdoor unit 2702 is close to the saturation temperature. In addition, the overheat set point SH sp can be reduced. Reducing the overheat set point SH sp can reduce the outdoor unit power consumption Poutdoor , but requires additional fan power to transfer heat from the low temperature refrigerant, so the indoor unit power consumption P There is a possibility of increasing the door . A single variable ESC 2732 dynamically searches for unknown inputs (eg, optimal overheat setpoint SH sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach the optimal value. Implement extreme value search control strategy.

同様に、単一変数ESC 2738は、熱回収ユニット2704に弁セットポイントValvespを提供するように示されている。いくつかの実施形態では、弁セットポイントValvespは、単一変数ESC 2738が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。例えば、弁セットポイントValvespは、熱回収ユニット2704内のバイパス弁の位置を制御するように調整することができる。単一変数ESC 2738は、バイパス弁を漸進的に開くために弁セットポイントValvespを増やすことも、バイパス弁を漸進的に閉じるために弁セットポイントValvespを減らすこともできる。単一変数ESC 2738は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適な弁セットポイントValvesp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。 Similarly, a single variable ESC 2738 is shown to provide the heat recovery unit 2704 with a valve set point Valve sp . In some embodiments, a valve setpoint Valve sp is an operation variable single variable ESC 2738 is adjusted to affect the total system power P total. For example, the valve set point Valve sp can be adjusted to control the position of the bypass valve in the heat recovery unit 2704. The single variable ESC 2738 can increase the valve set point Valve sp to progressively open the bypass valve or decrease the valve set point Valve sp to progressively close the bypass valve. A single variable ESC 2738 dynamically searches for an unknown input (eg, optimal valve set point Valve sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach the optimal value. Implement extreme value search control strategy.

蒸気圧縮システム2800
ここで図28を参照すると、いくつかの実施形態による別の蒸気圧縮空調システム2800が示されている。システム2800は、図14A、15Aおよび16Aを参照して説明されるような蒸気圧縮システム1400、1500および/または1600のコンポーネントのいくつかまたはすべてを含み得る。例えば、システム2800は、冷媒回路2810を含むように示されている。冷媒回路2810は、凝縮器2812、蒸発器2814、膨脹弁2824および圧縮機2806を含む。圧縮機2806は、蒸発器2814と凝縮器2812の間で冷媒を循環させるように構成される。冷媒回路2810は、蒸気圧縮サイクルを使用して動作する。例えば、圧縮機2806は、冷媒を高温高圧状態に圧縮する。圧縮された冷媒は、凝縮器2812中を流れ、凝縮器2812では、冷媒は排熱する。凝縮器ファン2832は、凝縮器2812内の熱伝達率を調節するために使用することができる。冷却された冷媒は、膨脹弁2824によって低圧低温状態に膨張される。膨張された冷媒は、蒸発器2814中を流れ、蒸発器2814では、冷媒は吸熱する。蒸発器ファン2816は、蒸発器2814内の熱伝達率を調節するために使用することができる。
Vapor compression system 2800
Referring now to FIG. 28, another vapor compression air conditioning system 2800 is shown according to some embodiments. System 2800 may include some or all of the components of vapor compression systems 1400, 1500 and / or 1600 as described with reference to FIGS. 14A, 15A and 16A. For example, system 2800 is shown to include a refrigerant circuit 2810. The refrigerant circuit 2810 includes a condenser 2812, an evaporator 2814, an expansion valve 2824 and a compressor 2806. The compressor 2806 is configured to circulate refrigerant between the evaporator 2814 and the condenser 2812. The refrigerant circuit 2810 operates using a vapor compression cycle. For example, the compressor 2806 compresses the refrigerant into a high temperature and high pressure state. The compressed refrigerant flows through the condenser 2812, and the refrigerant exhausts heat in the condenser 2812. Condenser fan 2832 can be used to adjust the heat transfer rate within condenser 2812. The cooled refrigerant is expanded to a low pressure and low temperature state by an expansion valve 2824. The expanded refrigerant flows in the evaporator 2814, and the refrigerant absorbs heat in the evaporator 2814. The evaporator fan 2816 can be used to adjust the heat transfer rate within the evaporator 2814.

いくつかの実施形態では、冷媒回路2810は、図28に示されるように、屋上ユニット2802(例えば、屋上空気処理ユニット)内に位置する。屋上ユニット2802は、エアダクト2822中を流れる給気2820に対する冷却を提供するように構成することができる。例えば、蒸発器2814は、エアダクト2822内に位置し、その結果、給気2820は、蒸発器2814中を流れ、蒸発器2814内の膨張された冷媒に熱を伝達することによって冷却することができる。次いで、冷却された気流は、建物の部屋またはゾーンに冷房を提供するために、建物に送ることができる。給気2820の温度は、蒸発器2814の下流(例えば、ダクト2822内)に位置する温度センサ2818によって測定することができる。他の実施形態では、冷媒回路2810は、蒸気圧縮サイクルを使用して熱を伝達する様々な他のシステムまたはデバイス(例えば、冷凍機、ヒートポンプ、熱回収冷凍機、冷凍デバイスなど)のいずれかで使用することができる。   In some embodiments, the refrigerant circuit 2810 is located in a rooftop unit 2802 (eg, a rooftop air treatment unit), as shown in FIG. The rooftop unit 2802 can be configured to provide cooling for the air supply 2820 flowing through the air duct 2822. For example, the evaporator 2814 is located in the air duct 2822 so that the charge air 2820 can flow through the evaporator 2814 and be cooled by transferring heat to the expanded refrigerant in the evaporator 2814. . The cooled airflow can then be sent to the building to provide cooling to the building room or zone. The temperature of the supply air 2820 can be measured by a temperature sensor 2818 located downstream of the evaporator 2814 (eg, in the duct 2822). In other embodiments, the refrigerant circuit 2810 is in any of a variety of other systems or devices (eg, refrigerators, heat pumps, heat recovery refrigerators, refrigeration devices, etc.) that transfer heat using a vapor compression cycle. Can be used.

蒸気圧縮システム2800は、第1の単一変数ESC 2826、第2の単一変数ESC 2828および第3の単一変数ESC 2830を含むように示されている。単一変数ESC 2826〜2830の各々は、圧縮機2806 Pcomp、蒸発器ファン2816 Pfan,evapおよび凝縮器ファン2832 Pfan,condによって消費された総電力を表す電力入力Ptotal(すなわち、Ptotal=Pcomp+Pfan,evap+Pfan,cond)を受信するように示されている。図28に示されるように、電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condは、総電力Ptotalを表す組合せ信号を提供するために、単一変数ESC 2826〜2830の外部の総和ブロック2808で総和することができる。他の実施形態では、単一変数ESC 2826〜2830は、個々の電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを受信し、総和ブロック2808の総和を実施する。いずれの事例でも、単一変数ESC 2826〜2830は、総システム電力を表す単一の総和または組合せ信号Ptotalとして電力入力が提供される場合であっても、電力入力Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを受信することが言える。 The vapor compression system 2800 is shown to include a first single variable ESC 2826, a second single variable ESC 2828 and a third single variable ESC 2830. Each of the single variables ESC 2826-2830 is a power input P total representing the total power consumed by the compressor 2806 P comp , the evaporator fan 2816 P fan, evap and the condenser fan 2832 P fan, cond (ie, P total = P comp + P fan, evap + P fan, cond ). As shown in FIG. 28, power inputs P comp , P fan, evap and P fan, cond are external sum blocks of single variable ESCs 2826-2830 to provide a combined signal representing the total power P total. 2808 can be summed. In other embodiments, the single variable ESC 2826-2830 receives the individual power inputs P comp , P fan, evap and P fan, cond and performs the summation of the summation block 2808. In either case, the single variable ESC from 2826 to 2,830, even if a single sum or power input as a combination signal P total representing the total system power is provided, the power input P comp, P fan, evap And P fan, cond can be received.

いくつかの実施形態では、総システム電力Ptotalは、ESC 2826〜2830が最適化(例えば、最小化)しようと努める性能変数である。総システム電力Ptotalは、蒸気圧縮システム2800の1つまたは複数のコンポーネントの電力消費量を含み得る。図28に示される実施形態では、総システム電力Ptotalは、Pcomp、Pfan,evapおよびPfan,condを含む。しかし、様々な他の実施形態では、総システム電力Ptotalは、電力入力のいかなる組合せも含み得る。例えば、総システム電力Ptotalは、屋上ユニット2802内の様々な他のファンの電力消費量、流体ポンプの電力消費量および/または蒸気圧縮システム2800内で生じる他の任意の電力消費量を含み得る。 In some embodiments, the total system power P total is a performance variable that ESC 2826-2830 seeks to optimize (eg, minimize). The total system power P total may include the power consumption of one or more components of the vapor compression system 2800. In the embodiment shown in FIG. 28, the total system power P total includes P comp, P fan, evap and P fan, a cond. However, in various other embodiments, the total system power P total may include any combination of power inputs. For example, the total system power P total may include the power consumption of various other fans in the rooftop unit 2802, the power consumption of the fluid pump, and / or any other power consumption that occurs in the vapor compression system 2800. .

単一変数ESC 2830は、フィードバックコントローラ2804に温度セットポイントTspを提供するように示されている。いくつかの実施形態では、温度セットポイントTspは、単一変数ESC 2830が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。温度セットポイントTspは、蒸発器2814を出る給気2820の温度に対するセットポイントである。給気温度Tsaは、蒸発器2814の下流に位置する温度センサ2818によって測定することができる。フィードバックコントローラ2804は、フィードバック信号として給気温度Tsaを受信するように示されている。 A single variable ESC 2830 is shown to provide a temperature setpoint T sp to the feedback controller 2804. In some embodiments, the temperature set point T sp is an operation variable single variable ESC 2830 is adjusted to affect the total system power P total. The temperature set point T sp is a set point for the temperature of the charge 2820 exiting the evaporator 2814. Supply air temperature T sa can be measured by a temperature sensor 2818 located downstream of the evaporator 2814. Feedback controller 2804 is shown to receive a supply air temperature T sa as a feedback signal.

フィードバックコントローラ2804は、単一変数ESC 2830によって提供される温度セットポイントTspを達成するように蒸発器ファン2816を操作することができる。例えば、フィードバックコントローラ2804は、蒸発器2814内の給気2820から除去される熱の量を増加させるために蒸発器ファン2816の速度を上げることも、蒸発器2814内の給気2820から除去される熱の量を減少させるために蒸発器ファン2816の速度を下げることもできる。 Feedback controller 2804 can operate the evaporator fan 2816 to achieve a temperature set point T sp to be provided by a single variable ESC 2830. For example, the feedback controller 2804 increases the speed of the evaporator fan 2816 to increase the amount of heat removed from the charge 2820 in the evaporator 2814 and is also removed from the charge 2820 in the evaporator 2814. The speed of the evaporator fan 2816 can also be reduced to reduce the amount of heat.

単一変数ESC 2830は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適な給気温度セットポイントTsp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。フィードバックコントローラ2804および単一変数ESC 2830は別個のデバイスとして示されているが、いくつかの実施形態では、フィードバックコントローラ2804および単一変数ESC 2830を組み合わせて単一のデバイス(例えば、単一変数ESC 2830およびフィードバックコントローラ2804の両方の機能を実行する単一のコントローラ)にできることが企図される。例えば、単一変数ESC 2830は、中間フィードバックコントローラ2804を必要とすることなく、蒸発器ファン2816を直接制御するように構成することができる。 A single variable ESC 2830 dynamically uses unknown inputs (eg, optimal supply air temperature setpoint T sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach optimal values. Implement extremal search control strategy to search. Although feedback controller 2804 and single variable ESC 2830 are shown as separate devices, in some embodiments, feedback controller 2804 and single variable ESC 2830 are combined into a single device (eg, single variable ESC It is contemplated that it can be a single controller that performs the functions of both the 2830 and the feedback controller 2804. For example, the single variable ESC 2830 can be configured to directly control the evaporator fan 2816 without requiring an intermediate feedback controller 2804.

依然として図28を参照すると、単一変数ESC 2826は、圧縮機2806に凝縮器圧力セットポイントPrspを提供するように示されている。凝縮器圧力セットポイントPrspは、圧縮機2806の排出口における冷媒圧力と同じであり得る凝縮器2812内の冷媒の圧力に対するセットポイントを定義する。いくつかの実施形態では、凝縮器圧力セットポイントPrspは、単一変数ESC 2826が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。単一変数ESC 2826は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適な凝縮器圧力セットポイントPrsp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。 Still referring to FIG. 28, a single variable ESC 2826 is shown to provide the compressor 2806 with a condenser pressure setpoint Pr sp . The condenser pressure set point Pr sp defines a set point for the refrigerant pressure in the condenser 2812 that may be the same as the refrigerant pressure at the outlet of the compressor 2806. In some embodiments, the condenser pressure set point Pr sp is an manipulated variable that adjusts so that the single variable ESC 2826 affects the total system power P total . The single variable ESC 2826 dynamically sets the unknown input (eg, optimal condenser pressure setpoint Pr sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach the optimal value. Implement extremal search control strategy to search.

同様に、単一変数ESC 2828は、凝縮器ファン2832にファン速度セットポイントFanspを提供するように示されている。ファン速度セットポイントFanspは、ファン2832の速度の目標値および/または凝縮器2812中を流れる気流の流量の目標値を示すことができる。いくつかの実施形態では、ファン速度セットポイントFanspは、単一変数ESC 2828が総システム電力Ptotalに影響を与えるように調整する操作変数である。単一変数ESC 2828は、最適値に近づく傾向を示すシステム性能(例えば、総電力消費量Ptotal)を得るために未知の入力(例えば、最適なファン速度セットポイントFansp)を動的に探索する極値探索制御戦略を実装する。 Similarly, a single variable ESC 2828 is shown to provide a fan speed set point Fan sp to the condenser fan 2832. The fan speed set point Fan sp can indicate a target value for the speed of the fan 2832 and / or a target value for the flow rate of the airflow flowing through the condenser 2812. In some embodiments, the fan speed set point Fan sp is an manipulated variable that adjusts so that the single variable ESC 2828 affects the total system power P total . The single variable ESC 2828 dynamically searches for unknown inputs (eg, optimal fan speed set point Fan sp ) to obtain system performance (eg, total power consumption P total ) that tends to approach the optimal value. Implement an extreme value search control strategy.

例示的な実施形態の構成
様々な例示的な実施形態で示されるようなシステムおよび方法の建築および構成は、単なる例示である。この開示ではほんの少数の実施形態について詳細に説明してきたが、多くの変更(例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状および比率、パラメータの値、取り付け方法、材料の使用、色、向きなどの変化)が可能である。例えば、要素の位置を逆にしたり、別の方法で変化させることや、個別の要素または位置の性質または数を変更したり、変化させたりすることができる。それに従って、そのような変更はすべて、本開示の範囲内に含まれることが意図される。いかなるプロセスまたは方法ステップの順番または順序も、代替の実施形態に従って変化させたり、並べ直すことができる。本開示の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態の設計、動作条件および構成における他の置換、変更、変化および省略を行うこともできる。
Configuration of Exemplary Embodiments The architecture and configuration of the systems and methods as shown in the various exemplary embodiments is merely exemplary. Although this disclosure has described only a few embodiments in detail, many changes (eg, various element sizes, dimensions, structures, shapes and ratios, parameter values, attachment methods, material usage, colors, orientations) Change) is possible. For example, the position of an element can be reversed, changed in another way, or the nature or number of individual elements or positions can be changed or changed. Accordingly, all such modifications are intended to be included within the scope of this disclosure. The order or sequence of any process or method steps can be varied or rearranged according to alternative embodiments. Other substitutions, changes, changes and omissions in the design, operating conditions and configurations of the exemplary embodiments may be made without departing from the scope of this disclosure.

本開示は、様々な動作を遂行するためのあらゆる機械可読媒体上の方法、システムおよびプログラム製品を企図する。本開示の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを使用して、または、この目的もしくは別の目的のために組み込まれた適切なシステム用の特殊用途コンピュータプロセッサによって、あるいは、配線システムによって、実装することができる。本開示の範囲内の実施形態は、機械実行可能命令またはデータ構造を保持するためまたはその上に格納するための機械可読媒体を含むプログラム製品を含む。そのような機械可読媒体は、プロセッサを備える一般用途または特殊用途コンピュータまたは他の機械によるアクセスが可能な、利用可能ないかなる媒体でもあり得る。例示として、そのような機械可読媒体は、RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD−ROMもしくは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または、機械実行可能命令もしくはデータ構造の形態で所望のプログラムコードを保持するためもしくは格納するために使用することができ、プロセッサを備える一般用途もしくは特殊用途コンピュータもしくは他の機械によるアクセスが可能な他の任意の媒体を含み得る。また、上記の組合せも、機械可読媒体の範囲内に含まれる。機械実行可能命令は、例えば、一般用途コンピュータ、特殊用途コンピュータまたは特殊用途処理機械にある特定の機能または機能グループを実行させる命令およびデータを含む。   The present disclosure contemplates methods, systems, and program products on any machine-readable medium for performing various operations. Embodiments of the present disclosure may be implemented using existing computer processors, or by special purpose computer processors for suitable systems incorporated for this or other purposes, or by wiring systems. Can do. Embodiments within the scope of this disclosure include a program product that includes a machine-readable medium for holding or storing machine-executable instructions or data structures. Such machine-readable media can be any available media that can be accessed by a general purpose or special purpose computer or other machine with a processor. By way of example, such machine-readable media can be RAM, ROM, EPROM, EEPROM, CD-ROM or other optical disk storage, magnetic disk storage or other magnetic storage, or machine-executable instructions or data structures. Any other medium that can be used to hold or store the desired program code in a form and that can be accessed by a general purpose or special purpose computer or other machine with a processor may be included. Combinations of the above are also included within the scope of machine-readable media. Machine-executable instructions include, for example, instructions and data which cause a general purpose computer, special purpose computer, or special purpose processing machine to perform a certain function or group of functions.

図は方法ステップの特定の順番を示しているが、ステップの順番は、描写されているものとは異なり得る。また、2つ以上のステップを同時に実行することも、部分的に同時に実行することもできる。そのような変形形態は、選択されたソフトウェアおよびハードウェアシステムならびに設計者の選択に依存する。そのような変形形態はすべて、本開示の範囲内である。同様に、ソフトウェア実装は、様々な接続ステップ、処理ステップ、比較ステップおよび決定ステップを遂行するために、規則に基づく論理および他の論理を有する標準プログラミング技法を用いて遂行することができる。   Although the figure shows a particular order of method steps, the order of the steps may differ from that depicted. Also, two or more steps can be performed simultaneously or partially simultaneously. Such variations will depend on the software and hardware system selected and the choice of the designer. All such variations are within the scope of this disclosure. Similarly, software implementation can be performed using standard programming techniques with rule-based logic and other logic to perform various connection steps, processing steps, comparison steps, and decision steps.

Claims (20)

建物の暖房・換気または空調(HVAC)システムであって、
前記建物の環境条件に影響を与えるように動作可能なHVAC設備を備えるプラントと、
第1の励起信号を用いて第1の操作変数に摂動を与え、前記プラントに第1の摂動入力として前記第1の操作変数を提供するように構成された第1の単一変数極値探索コントローラ(ESC)と、
第2の励起信号を用いて第2の操作変数に摂動を与え、前記プラントに第2の摂動入力として前記第2の操作変数を提供するように構成された第2の単一変数ESCと
を備え、
前記プラントは、両方の摂動入力を使用して、性能変数に同時に影響を与え、
前記単一変数ESCは双方とも、前記プラントからフィードバックとして同じ性能変数を受信するように構成され、
前記第1の単一変数ESCは、前記第1の操作変数に対する前記性能変数の第1の勾配を推定するように構成され、
前記第2の単一変数ESCは、前記第2の操作変数に対する前記性能変数の第2の勾配を推定するように構成され、
前記単一変数ESCは、前記第1および第2の操作変数を独立して調節することによって前記第1および第2の勾配を独立してゼロに至らせるように構成される、HVACシステム。
A building heating, ventilation or air conditioning (HVAC) system,
A plant with HVAC equipment operable to affect the environmental conditions of the building;
A first single variable extremum search configured to perturb a first manipulated variable using a first excitation signal and to provide the first manipulated variable as a first perturbation input to the plant. A controller (ESC);
A second single variable ESC configured to perturb a second manipulated variable using a second excitation signal and to provide the second manipulated variable as a second perturbation input to the plant; Prepared,
The plant uses both perturbation inputs to simultaneously affect the performance variables,
Both single variable ESCs are configured to receive the same performance variable as feedback from the plant;
The first single variable ESC is configured to estimate a first slope of the performance variable relative to the first manipulated variable;
The second single variable ESC is configured to estimate a second slope of the performance variable relative to the second manipulated variable;
The HVAC system, wherein the single variable ESC is configured to independently bring the first and second slopes to zero by independently adjusting the first and second manipulated variables.
前記第1および第2の励起信号は、非周期的信号、ランダムウォーク信号、非決定論信号および非反復信号の少なくとも1つを含む確率論的励起信号である、請求項1に記載のHVACシステム。 The HVAC system of claim 1, wherein the first and second excitation signals are stochastic excitation signals that include at least one of an aperiodic signal, a random walk signal, a non-deterministic signal, and a non-repetitive signal. 前記単一変数ESCの各々は、
前記確率論的励起信号のうちの1つを生成するように構成された確率論的励起信号ジェネレータと、
前記操作変数のうちの1つを調節することによって前記性能変数の前記推定勾配のうちの1つをゼロに至らせるように構成されたフィードバックコントローラと
を備える、請求項2に記載のHVACシステム。
Each of the single variable ESCs is
A stochastic excitation signal generator configured to generate one of the stochastic excitation signals;
3. The HVAC system of claim 2, comprising a feedback controller configured to adjust one of the operational variables to bring one of the estimated slopes of the performance variable to zero.
前記プラントは、
前記プラントから単一出力として前記性能変数を提供する多重入力単一出力(MISO)システム、または、
前記プラントから出力として前記性能変数および複数の他の変数を提供する多重入力多重出力(MIMO)
の少なくとも1つを備える、請求項1に記載のHVACシステム。
The plant is
A multiple input single output (MISO) system that provides the performance variable as a single output from the plant, or
Multiple input multiple output (MIMO) providing the performance variable and a plurality of other variables as output from the plant
The HVAC system of claim 1, comprising at least one of:
前記第1の勾配は、前記性能変数を前記第1の操作変数と関係付ける第1の正規化相関係数であり、
前記第2の勾配は、前記性能変数を前記第2の操作変数と関係付ける第2の正規化相関係数である、請求項1に記載のHVACシステム。
The first slope is a first normalized correlation coefficient relating the performance variable to the first manipulated variable;
The HVAC system of claim 1, wherein the second slope is a second normalized correlation coefficient that relates the performance variable to the second manipulated variable.
前記単一変数ESCの各々は、前記性能変数の前記勾配のうちの1つを推定するために再帰的推定プロセスを実行するように構成される、請求項1に記載のHVACシステム。 The HVAC system of claim 1, wherein each of the single variable ESCs is configured to perform a recursive estimation process to estimate one of the gradients of the performance variable. 各々が異なる操作変数に対応する複数の追加の単一変数ESCをさらに備え、
前記複数の追加の単一変数ESCの各々は、前記対応する操作変数に対する前記性能変数の勾配を推定し、前記対応する操作変数を独立して調節することによって前記勾配を独立してゼロに至らせるように構成される、請求項1に記載のHVACシステム。
A plurality of additional single variable ESCs each corresponding to a different manipulated variable;
Each of the plurality of additional single variable ESCs estimates the slope of the performance variable relative to the corresponding manipulated variable and independently adjusts the corresponding manipulated variable to bring the slope independently to zero. The HVAC system of claim 1, wherein the HVAC system is configured to
建物の暖房・換気または空調(HVAC)システムであって、
前記建物の環境条件に影響を与えるように動作可能なHVAC設備を備えるプラントと、
第1の動作モードで動作しながら、前記プラントに入力として操作変数の第1の集合を提供するように構成された単一変数極値探索コントローラ(ESC)の第1のセットと、
第2の動作モードで動作しながら、前記プラントに入力として操作変数の第2の集合を提供するように構成された単一変数ESCの第2のセットと、
前記第1の動作モードから前記第2の動作モードへの遷移を検出することに応答して、前記単一変数ESCの第1のセットから前記単一変数ESCの第2のセットに切り替えるように構成された多変数ESCと
を備える、HVACシステム。
A building heating, ventilation or air conditioning (HVAC) system,
A plant with HVAC equipment operable to affect the environmental conditions of the building;
A first set of single variable extreme value search controllers (ESCs) configured to provide a first set of manipulated variables as input to the plant while operating in a first mode of operation;
A second set of single variable ESCs configured to provide a second set of manipulated variables as input to the plant while operating in a second mode of operation;
In response to detecting a transition from the first operating mode to the second operating mode, to switch from the first set of single variable ESCs to the second set of single variable ESCs. An HVAC system comprising a configured multi-variable ESC.
前記単一変数ESCの各々は、別個の単一変数極値探索制御プロセスを実行することによって前記操作変数のうちの1つを独立して最適化するように構成される、請求項8に記載のHVACシステム。 9. Each of the single variable ESCs is configured to independently optimize one of the manipulated variables by performing a separate single variable extreme value search control process. HVAC system. 前記単一変数極値探索制御プロセスの各々は、
励起信号を用いて前記操作変数のうちの1つに摂動を与えるステップと、
プラントに摂動入力として前記操作変数を提供するステップと、
前記プラントからフィードバックとして性能変数を受信するステップと、
前記操作変数に対する前記性能変数の勾配を推定するステップと、
前記操作変数を調節することによって前記推定勾配をゼロに至らせるステップと
を含む、請求項9に記載のHVACシステム。
Each of the single variable extreme value search control processes includes:
Perturbing one of the manipulated variables using an excitation signal;
Providing the manipulated variable as a perturbation input to the plant;
Receiving performance variables as feedback from the plant;
Estimating a slope of the performance variable relative to the manipulated variable;
10. The HVAC system of claim 9, comprising adjusting the manipulated variable to bring the estimated gradient to zero.
前記励起信号は、非周期的信号、ランダムウォーク信号、非決定論信号および非反復信号の少なくとも1つを含む確率論的励起信号である、請求項10に記載のHVACシステム。 The HVAC system of claim 10, wherein the excitation signal is a stochastic excitation signal that includes at least one of an aperiodic signal, a random walk signal, a non-deterministic signal, and a non-repetitive signal. 前記単一変数ESCの各々は、
確率論的励起信号を生成するように構成された確率論的励起信号ジェネレータと、
前記操作変数のうちの1つに対する前記性能変数の勾配を推定するように構成された勾配推定器と、
前記操作変数のうちの1つを調節することによって前記推定勾配をゼロに至らせるように構成されたフィードバックコントローラと
を備える、請求項8に記載のHVACシステム。
Each of the single variable ESCs is
A stochastic excitation signal generator configured to generate a stochastic excitation signal;
A gradient estimator configured to estimate a gradient of the performance variable relative to one of the manipulated variables;
9. A HVAC system according to claim 8, comprising a feedback controller configured to bring the estimated slope to zero by adjusting one of the manipulated variables.
前記プラントは、
前記プラントから単一出力として前記性能変数を提供する多重入力単一出力(MISO)システム、または、
前記プラントから出力として前記性能変数および複数の他の変数を提供する多重入力多重出力(MIMO)
の少なくとも1つを備える、請求項8に記載のHVACシステム。
The plant is
A multiple input single output (MISO) system that provides the performance variable as a single output from the plant, or
Multiple input multiple output (MIMO) providing the performance variable and a plurality of other variables as output from the plant
The HVAC system of claim 8, comprising at least one of:
前記単一変数ESCの各々は、前記性能変数を前記操作変数のうちの1つと関係付ける正規化相関係数を推定するように構成される、請求項8に記載のHVACシステム。 9. The HVAC system of claim 8, wherein each of the single variables ESC is configured to estimate a normalized correlation coefficient that relates the performance variable to one of the manipulated variables. 建物の暖房・換気または空調(HVAC)システムを操作するための方法であって、
第1の励起信号を用いて第1の操作変数に摂動を与えるステップと、
第2の励起信号を用いて第2の操作変数に摂動を与えるステップと、
HVAC設備を備えるプラントに摂動入力として前記第1の操作変数および前記第2の操作変数を提供するステップであって、前記プラントが、両方の摂動入力を使用して、性能変数に同時に影響を与える、ステップと、
前記プラントからフィードバックとして前記性能変数を受信するステップと、
前記第1の操作変数に対する前記性能変数の第1の勾配および前記第2の操作変数に対する前記性能変数の第2の勾配を推定するステップと、
前記第1および第2の操作変数を独立して調節することによって前記第1および第2の勾配を独立してゼロに至らせるステップと、
前記第1および第2の操作変数を使用して、前記建物の環境条件に影響を与えるように前記プラントの前記HVAC設備を操作するステップと
を含む、方法。
A method for operating a building heating, ventilation or air conditioning (HVAC) system comprising:
Perturbing the first manipulated variable using the first excitation signal;
Perturbing the second manipulated variable using the second excitation signal;
Providing the first manipulated variable and the second manipulated variable as a perturbation input to a plant comprising an HVAC facility, wherein the plant uses both perturbation inputs to simultaneously affect performance variables. , Step and
Receiving the performance variable as feedback from the plant;
Estimating a first slope of the performance variable relative to the first manipulated variable and a second slope of the performance variable relative to the second manipulated variable;
Independently bringing the first and second gradients to zero by independently adjusting the first and second manipulated variables;
Operating the HVAC facility of the plant to influence the environmental conditions of the building using the first and second manipulated variables.
前記第1および第2の励起信号が、非周期的信号、ランダムウォーク信号、非決定論信号および非反復信号の少なくとも1つを含む確率論的励起信号である、請求項15に記載の方法。 16. The method of claim 15, wherein the first and second excitation signals are stochastic excitation signals that include at least one of an aperiodic signal, a random walk signal, a non-deterministic signal, and a non-repetitive signal. 前記プラントは、
前記プラントから単一出力として前記性能変数を提供する多重入力単一出力(MISO)システム、または、
前記プラントから出力として前記性能変数および複数の他の変数を提供する多重入力多重出力(MIMO)
の少なくとも1つを備える、請求項15に記載の方法。
The plant is
A multiple input single output (MISO) system that provides the performance variable as a single output from the plant, or
Multiple input multiple output (MIMO) providing the performance variable and a plurality of other variables as output from the plant
16. The method of claim 15, comprising at least one of:
前記第1の勾配は、前記性能変数を前記第1の操作変数と関係付ける第1の正規化相関係数であり、
前記第2の勾配は、前記性能変数を前記第2の操作変数と関係付ける第2の正規化相関係数である、請求項15に記載の方法。
The first slope is a first normalized correlation coefficient relating the performance variable to the first manipulated variable;
16. The method of claim 15, wherein the second slope is a second normalized correlation coefficient that relates the performance variable to the second manipulated variable.
前記第1の勾配および前記第2の勾配の少なくとも1つを推定するステップは、再帰的推定プロセスを実行するステップを含む、請求項15に記載の方法。 The method of claim 15, wherein estimating at least one of the first gradient and the second gradient comprises performing a recursive estimation process. 異なる励起信号を用いて複数の追加の操作変数に摂動を与えるステップと、
前記プラントに摂動入力として前記追加の操作変数を提供するステップであって、前記プラントが、摂動入力のすべてを使用して前記性能変数に同時に影響を与える、ステップと、
前記複数の追加の操作変数の各々に対する前記性能変数の勾配を推定するステップと、
前記複数の追加の操作変数の各々を独立して調節することによって前記勾配の各々を独立してゼロに至らせるステップと
をさらに含む、請求項15に記載の方法。
Perturbing a plurality of additional manipulated variables with different excitation signals;
Providing the additional manipulated variable as a perturbation input to the plant, wherein the plant uses all of the perturbation inputs to simultaneously affect the performance variable;
Estimating a slope of the performance variable for each of the plurality of additional manipulated variables;
16. The method of claim 15, further comprising: independently adjusting each of the plurality of additional manipulated variables to independently bring each of the gradients to zero.
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