JP2021521408A - 蒸気圧縮システム、蒸気圧縮システムのための方法、及び非一時的コンピュータ可読記憶媒体 - Google Patents

Abstract

一次アクチュエータと、二次アクチュエータと、システム出力の一次セットを提供する一次センサと、システム出力の二次セットを提供する二次センサとを備える蒸気圧縮システムのためのシステム及び方法。一次コントローラが、システム出力の一次セットを受信し、一次アクチュエータのための制御入力の一次セットを生成して、１つ以上のゾーン温度を設定値に調節するとともに、１つ以上の臨界プロセス変数を設定値に調節する。二次コントローラが、システム出力の二次セットを受信し、全体システム消費電力を最小化ための、制御入力の二次セットを生成する。二次入力は、一次コントローラへの設定値を含むことができる。一次出力は、二次コントローラへの入力として用いられる臨界プロセス変数の推定値を含むことができる。

Description

本開示は、包括的には、蒸気圧縮システムの制御に関し、より詳細には、蒸気圧縮システムの性能指数を最適化する制御システム及び方法に関する。

ヒートポンプ、冷凍システム及び空調システム等の蒸気圧縮システムは、産業用途及び住居用途において広く用いられている。可変速度圧縮器、可変位置弁、及び可変速度ファンを導入することによって、そのようなシステムの動作の柔軟性は改善されている。しかしながら、従来の蒸気圧縮システムでは、これらのコンポーネントを適切に制御することによってエネルギー効率を改善する必要性があるが、このことは、冷暖房業界ではまだ対処されていない。

従来の蒸気圧縮システムへのコマンドされる入力の組み合わせは、特定の量の熱を移動させることができるが、これらのコマンド入力の種々の組み合わせの少なくとも１つの欠点は、異なる量の電力を消費することである。したがって、冷暖房業界ではまだ対処されていないのであるが、消費電力を最小化する入力の組み合わせを用いると同時に、他の制御目的を達成する蒸気圧縮システムを動作させることが必要とされている。

従来、消費電力を最小化することとしては、設定値スケジュール又は極値探索コントローラを用いることが試みられている。設定値スケジュールは、圧縮器速度又は外気温度等の第１の変数のセットを入力として取り込み、圧縮器吐出温度又は蒸発器過熱温度等の、フィードバック制御下にある１つ以上のスケジューリングされた変数のための設定値基準を計算する関数である。設定値スケジュールは、従来、スケジューリングされる変数が、所与の条件のセットにおける電力を最小化すると予測される値に駆動されるように構築されている。しかしながら、少なくとも１つの欠点は、設定値スケジューリングが較正を必要とすることであり、これは、例えば室内ユニットの数が増加する場合のように、特に変数の数が増加するにつれて、時間と費用がかかることにつながる。さらに、従来のこのタイプの手法では、熱負荷外乱の特定の値においてのみ最小電力を実現する可能性がある。したがって、これらの従来のスケジューリングされる設定値は、準最適であり、蒸気圧縮システムは、全ての条件において最小の消費電力値となるようには駆動されない。さらに、従来のこのタイプの手法は、開ループ方法であり、したがって、設定値スケジューリングは、モデル不確実性に対するロバスト性の欠如に悩まされる。

電力を最小化する従来の設定値スケジュールに対する一つの代替形態は、従来の極値探索コントローラである。このような従来の極値探索コントローラは、１つ以上の入力に摂動又はディザ信号を適用し、消費電力等の性能指数の結果として得られる摂動を測定することによって、制御下のデバイスで積極的に実験する。これらの摂動は、時間において平均化されて、性能指数の勾配の推定値が生成される。その後、勾配の局所推定値が用いられて、性能指数を最小化する勾配の方向に入力の平均値を誘導する。

特許文献１は、蒸気圧縮システムの動作を指示するためにアクチュエータのエネルギー最適組み合わせが用いられるように、蒸気圧縮システムの動作を変更するように摂動ベースの従来の極値探索コントローラを構成できることを教示している。摂動ベースの従来の極値探索方法は、モデルに依拠することなく凸型性能指数の最適値を達成することができるものの、この従来の方法では、多くの理由で、例えば、収束速度が遅いという問題がある。従来の極値探索コントローラの目的は最適な定常状態の動作点を発見することであるので、従来の極値探索コントローラは、擬似定常方式で、すなわち、プラント動態を励起することなく、プラントを制御する。そうしなければ、適用される制御信号とプラント動態に起因する測定値との間の位相情報を、性能指数の正弦波状に摂動する測定値に起因する位相情報と区別することができない。

蒸気圧縮システムの動態に関連付けられた、最も低速の、したがって支配的な時定数がτ_{ｐｌａｎｔ}と呼ばれる場合、摂動周期τ_{ｐｅｒｔｕｒｂ}は、より低速（より大きい時定数）、すなわち、τ_{ｐｅｒｔｕｒｂ}＞＞τ_{ｐｌａｎｔ}でなければならない。さらに、従来の極値探索コントローラは、平均勾配の正確な推定値を得るためにいくつかの摂動周期にわたって平均化されなければならず、極値探索はこの平均化された勾配の時間スケール上で行われるので、従来の極値探索コントローラの収束速度は、プラント動態よりも少なくとも２つの時間スケール低速である。蒸気圧縮システムの支配的な時定数は一般に数十分のオーダーであるので、従来の極値探索コントローラは、電力を最小化する動作点に収束するのに数時間を要する可能性があり、これは、主要な欠点である。熱負荷等の蒸気圧縮システムに作用する外乱はより高速に動くことが知られているので、最適動作点は、摂動極値探索コントローラが収束する前に変化する可能性があり、これは、別の欠点である。数ある欠点の中でも、更なる欠点は、消費電力がセンサによって測定されなければならないことである。結果として、摂動ベースの極値探索の低速収束特性及び検知要件は、蒸気圧縮システムの性能のリアルタイム最適化の解決法の障壁となっている。

米国特許第８，６９４，１３１号

したがって、消費電力時間スケール分離又は摂動ディザ信号を必要とすることなく、かつ、センサを用いて消費電力を測定する必要がなく、システム動態の帯域幅内でスペクトル成分を有する可能性がある測定されない外乱に対してロバストであるように、消費電力がその最小値に迅速に駆動されるように自動的に入力を調整するリアルタイムフィードバック制御アルゴリズムが必要とされている。

本開示の実施形態は、蒸気圧縮システムの性能指数を最適化する制御システム及び方法に関する。

本開示のいくつかの実施形態は、数ある態様の中で、消費電力を最小化する結果となり得る１つ以上の制御入力を蒸気圧縮システムに指令するシステム及び方法に関する。さらに、本開示は、典型的な外乱がそのような最適動作の到達に干渉しないように電力最小動作条件への迅速な収束を可能にする。

本開示の別の態様は、ゾーン温度調節及び電力最小化の目標を同時に達成する動作条件に自動的に蒸気圧縮システムを操作するのにフィードバックを用いることである。

本開示のいくつかの実施形態は、制御入力のサブセットと、消費電力との間の関係が凸型であり、所与の条件のセットについて、或る制御入力値のセットが電力最適であるという理解に基づいている。内部フィードバックループが、ゾーン温度調節を達成するという目的で制御入力の一次セットを制御するように構成される場合、外部ループ電力最適化フィードバックループは、入力の二次セットを操作して、集約閉ループシステムの電力最小化に到達することができることが更に理解される。

本開示のいくつかの実施形態は、１つ以上の蒸気圧縮システムアクチュエータを直接最適化することによって、又は、一次フィードバックコントローラへの１つ以上の基準入力を最適化することによって、適用することができる。いずれの構成でも、アクチュエータのサブセットのみが電力最適化コントローラによって直接操作されるにもかかわらず、全てのアクチュエータコマンドは、消費電力を最小化し、また、ゾーン温度を調節する値を達成する。これは、蒸気圧縮システムが、全ての入力を同時に制御して、二次電力最適化コントローラから由来するとみなされ得る外乱を含む外乱を遮断する多変数フィードバックコントローラを用いるフィードバックにあるためである。

いくつかの実施形態は、圧縮器又はファンの消費電力を予測する圧縮器及びファン速度の数学的モデルを変更することができ、電力最適化フィードバック制御にこの変更を用いることができるという理解に基づいている。さらに、蒸気圧縮システムの動作を制御するアルゴリズムは、（１）ゾーン温度等のプロセス変数を設定値に調節しながら、加熱、冷却又は冷凍を提供するために、低温度空間から高温度空間に熱を移動すること、（２）機器を保護するために指定限界内に重要な温度及び圧力を維持する等の制約を強制すること、及び（３）消費電力量を最小化することを含む、いくつかの目的を同時に達成することができる。

本開示のいくつかの実施形態は、出力変数の二次セットに対する消費電力の勾配は、解析的に計算することができ、この勾配は、システムを最小消費電力を指数関数的に高速に駆動する閉ループシステムへの二次入力を調整するために蒸気圧縮システムの一部の定常状態モデルを用いるフィードバックにおいて用いることができるという理解に基づいている。本開示のいくつかの実施形態では、出力変数の二次セットは、圧縮器吸引圧力及び吐出圧力、圧縮器速度、又はファン速度の測定値を含む。本開示のいくつかの実施形態では、出力変数の二次セットは、圧縮器吸引圧力及び吐出圧力、圧縮器速度、又はファン速度の推定値を含む。

本開示は、独立したゾーン温度制御を達成する１つ以上のゾーンを含むことができる蒸気圧縮システムのための制御システムを開示し、例えば圧縮器吸引又は吐出温度を含むことができるいくつかの臨界プロセス変数を調節し、基準及び外乱の一定値のシステム消費電力を最小化する。制御システムは、１つの実施形態では、ロバスト性能のためのループシェーピング技法を用いて設計することができる内部フィードバックループ、及び、消費電力を自動的に最小化するためにシステム消費電力の変更された数学的モデルを有する勾配降下を用いる電力最小化外部ループからなるカスケードである。とりわけ、少なくとも１つの重要な洞察は、解析的に、又は記号的に消費電力関数の勾配を計算し、これを、積分アクションを含むフィードバックループにおける非線形要素として用いるというものである。消費電力の最適な最小値への収束は、指数関数的であり、時間スケール分離を必要としない。このことは、極値探索の従来技術に優る顕著な利点である。さらに、指数関数的安定性の特性は、モデルの不確実性及び測定されない外乱に対するロバスト性の度合いを意味している。つまり、プラント不確実性が十分に小さい場合には、フィードバックループは安定したままであり、システムは、測定されない外乱の値にかかわらず、その電力最小化条件において駆動されることを意味する。

本開示の一実施形態によれば、蒸気圧縮システムは、一次アクチュエータのセットと、二次アクチュエータのセットと備える。一次センサのセットは、システム出力の一次セットを提供する。二次センサのセットは、システム出力の二次セットを提供する。ハードウェアメモリは、実行可能プログラム及びデータを含む。一次コントローラは、システム出力の一次セットを受信し、一次アクチュエータのセットのための制御入力の一次セットを生成して、１つ以上のゾーン温度を設定値に調節するとともに、１つ以上の臨界プロセス変数を設定値に調節する。二次コントローラは、システム出力の二次セットを受信し、全体システム消費電力を最小化するための、制御入力の二次セットを生成する。二次コントローラは、メモリからの実行可能プログラムを用いて、消費電力関数の勾配、二次制御入力から二次システム出力への定常状態ゲイン、及び積分アクションを含む補償器を計算する。出力インターフェースは、制御入力の二次セットを二次アクチュエータのうちのいくつかに出力する、又はいくつかの設定値のうちの１つ又は組み合わせを一次コントローラに出力して、１つ以上のゾーン温度を調節する。

本開示の別の実施形態によれば、蒸気圧縮システムのための方法が開示される。この方法は、一次センサのセットから、一次コントローラによってシステム出力の一次セットを受信することを含む。一次コントローラは、一次アクチュエータのセットのための制御入力の一次セットを生成して、１つ以上のゾーン温度を設定値に調節するとともに、１つ以上の臨界プロセス変数を設定値に調節する。方法は、二次センサのセットから、二次コントローラによってシステム出力の二次セットを受信することを更に含む。二次コントローラは、全体システム消費電力を最小化するための、二次アクチュエータのセットのための制御入力の二次セットを生成する。二次コントローラは、メモリに記憶された実行可能プログラムを用いて、消費電力関数の勾配、二次制御入力から二次システム出力への定常状態ゲイン、及び積分アクションを含む補償器を計算する。方法は、出力インターフェースを介して、全体システム消費電力を最小化するための、制御入力の二次セットを二次アクチュエータのうちのいくつかに出力する、又はいくつかの設定値のうちの１つ又は組み合わせを一次コントローラに出力することを更に含む。

本開示の別の実施形態によれば、方法を実行するプロセッサによって実行可能なプログラムが具現化された非一時的コンピュータ可読記憶媒体が開示される。方法は、蒸気圧縮システムのためのものである。方法は、入力インターフェースを介して一次センサのセットから、一次コントローラによってシステム出力の一次セットを受信することを含む。入力インターフェースと通信する一次コントローラは、一次アクチュエータのセットのための制御入力の一次セットを生成して、１つ以上のゾーン温度を設定値に調節するとともに、１つ以上の臨界プロセス変数を設定値に調節する。方法は、入力インターフェースを介して二次センサのセットから、二次コントローラによってシステム出力の二次セットを受信することを更に含む。入力インターフェースと通信する二次コントローラは、全体システム消費電力を最小化するために、二次アクチュエータのセットのための制御入力の二次セットを生成する。二次コントローラは、メモリに記憶された実行可能プログラムを用いて、消費電力関数の勾配、二次制御入力から二次システム出力への定常状態ゲイン、及び積分アクションを含む補償器を計算する。方法は、出力インターフェースを介して、全体システム消費電力を最小化するための、制御入力の二次セットを二次アクチュエータのうちのいくつかに出力する、又はいくつかの設定値のうちの１つ又は組み合わせを一次コントローラに出力することを更に含む。

ここに開示されている実施形態は、添付図面を参照して更に説明される。示されている図面は、必ずしも一律の縮尺というわけではなく、一般的に、ここに開示されている実施形態の原理を示すことに強調が置かれている。

本開示の実施形態による、方法のステップを示すブロック図である。 本開示の実施形態による、マルチゾーン蒸気圧縮システムのいくつかの原理的なコンポーネントの配置を示す概略図である。 本開示の実施形態による、二次コントローラが室外ファン速度を制御し、二次入力が直接測定される、コントローラの原理的なコンポーネントを示す概略ブロック図である。 本開示の実施形態による、一次コントローラが二次入力の推定値を生成し、二次コントローラが一次コントローラの最適化された設定値を生成し、二次コントローラが室外ファン速度を制御する、コントローラの原理的なコンポーネントを示す概略ブロック図である。 本開示の実施形態による、システムの線形部分及び電力関数を含む、蒸気圧縮システムのプラント表現を示す概略ブロック図である。 本開示の実施形態による、一次コントローラ設定値のサブセットが二次コントローラによって生成され、二次コントローラ入力のサブセットが一次コントローラによって推定される、蒸気圧縮システムの一般化されたプラント表現を示す概略ブロック図である。 本開示の実施形態による、一次コントローラ及び二次コントローラ並びにプラントのフィードバック相互接続を示す概略ブロック図である。 本開示の実施形態による、一次補償器のいくつかの詳細を示す概略ブロック図である。 本開示の実施形態による、一次補償器のいくつかの更なる詳細を示す概略ブロック図である。 本開示の実施形態による、二次コントローラのフィードバック動作を示す概略ブロック図である。 本開示の実施形態による、二次コントローラの動作を示すフローチャートである。 本開示のいくつかの実施形態による、本開示によって想定される蒸気圧縮システムの代替的なコントローラのブロック図である。

上記で明らかにされた図面は、ここに開示されている実施形態を記載しているが、この論述において言及されるように、他の実施形態も意図されている。この開示は、限定ではなく代表例として例示の実施形態を提示している。ここに開示されている実施形態の原理の範囲及び趣旨に含まれる非常に多くの他の変更及び実施形態を当業者は考案することができる。

本開示は、熱が室外空間における低温熱交換器から、１つ以上の室内空間における高温熱交換器に圧送される加熱モードにおける蒸気圧縮システムの動作を説明しているが、システムは、冷媒の流動を逆にすることによって冷却モードにおいて動作することができることを理解するべきである。加えて、本開示は、居住者によって専有される空間又はゾーンを加熱又は冷却するように動作する蒸気圧縮システムを説明しているが、本開示は、水等の二次流体を冷却又は加熱する冷媒システムとして動作する蒸気圧縮システム、又は、機械エンドポイントの適した置換又は再構成を用いる他の応用において動作する蒸気圧縮システムにも適用することができる。

図１は、本開示の実施形態による、方法のステップを示す概略図である。ステップ１１５は、方法が、一次センサのセットから、一次コントローラによって、システム出力の一次セットを受信することを含む。一次コントローラは、一次アクチュエータのセットのための制御入力の一次セットを生成して、１つ以上のゾーン温度を設定値に調節するとともに、１つ以上の臨界プロセス変数を設定値に調節する。

図１のステップ１１７は、方法が、二次センサのセットから、二次コントローラによって、システム出力の二次セットを受信することを含む。二次コントローラは、全体システム消費電力を最小化するための、二次アクチュエータのセットのための制御入力の二次セットを生成する。二次コントローラは、メモリに記憶された実行可能プログラムを用いて、消費電力関数の勾配、二次制御入力から二次システム出力への定常状態ゲイン、及び積分アクションを用いる補償器を計算する。

図１のステップ１１９は、方法が、出力インターフェースを介して、全体システム消費電力を最小化するための、制御入力の二次セットを二次アクチュエータのうちのいくつかに出力する、又はいくつかの設定値のうちの１つ又は組み合わせを一次コントローラに出力することを含む。

図２は、本開示の実施形態による、マルチゾーン蒸気圧縮システムのいくつかの原理的なコンポーネントの配置を示す概略図である。図２のマルチゾーン蒸気圧縮システム２００は、２つのゾーンのみを示しているが、蒸気圧縮システムは、任意の数Ｎのゾーンを含むことができる。気相状態の低圧冷媒が、圧縮器２１０の吸引部分に進入する。圧縮器２１０は、冷媒に対して仕事を行って圧力及び温度を上昇させる。仕事の量は、圧縮器回転周波数ＣＦによって制御される。センサ２１２は、圧縮器２１０から流出する冷媒吐出温度Ｔ_Ｄを測定する。次に、高温高圧冷媒は、１つ以上の室内熱交換器２１６、２１８に経路付けされる。１つ以上のファン２２０、２２２は、室内熱交換器２１６、２１８にわたって、空気を送る。熱は、冷媒から除去され、ゾーン２２４、２２６内の空気に対して遮断される。ゾーン２２４、２２６は、Ｔ_Ｒｉ（１≦ｉ≦Ｎ）と表記される、ゾーンセンサ２３０、２３２によって測定される温度にある。熱交換器２１６、２１８内部で冷媒の比エンタルピーが低減されるにつれて、冷媒は、凝縮し、最終的には高圧液体として流出する。温度センサ２８０及び２８２は、各室内熱交換器２１６、２１８内の凝縮温度を測定する。追加の温度センサ２８１及び２８３は、各室内熱交換器２１６、２１８の出口において過冷された液体の温度を測定する。次に、冷媒は、等エンタルピー過程において圧力及び温度を同時に低減させる電子膨張弁２４０、２４２のセットを通過して流動する。電子膨張弁位置ＥＥＶｉ（１≦ｉ≦Ｎ）は、弁オリフィスのサイズを制御する。

いくつかの実施形態では、開放位置ＥＥＶｍにある追加共同膨張弁２４５は、全体サイクル圧力及び累積冷媒流量を調節する利用可能な自由度である。弁を流出する低圧低温冷媒は、液体及び蒸気の２相混合であり、室外熱交換器２５０に渡される。室外ファン２５５が、室外ユニット２２８の熱交換器にわたって空気を送る。室外ファン速度ＯＦＳは、熱交換器にわたる空気の体積流用を制御する。センサ２９０及び２９１は、それぞれ吸引温度Ｔ_ｓ及び蒸発温度Ｔ_Ｅを測定する。雰囲気温度センサ２６０によって測定される温度Ｔ_Ａである雰囲気空気から冷媒によって熱が吸収される。雰囲気温度は、測定される外乱とみなされる。冷媒の比エンタルピーが増加するにつれて、冷媒は、蒸発し、低圧蒸気として熱交換器を流出する。冷媒は、圧縮器入口に経路付けられ、サイクルが完了する。正又は負であり得る熱負荷Ｑｉ（１≦ｉ≦Ｎ）は、ゾーン内に存在すると仮定され、測定されない外乱である。局所凝縮器によって供給されるエネルギーが熱負荷を平衡化させた場合、ゾーン温度は、変化せず、そうではない場合、ゾーン温度は、凝縮器によって追加されるエネルギーが熱負荷を超えるか又は下回ると、それぞれ上昇又は低下する。パイプ内の圧力降下を無視すると、室内ユニットは、全て共通の圧力及び凝縮温度であることに留意されたい。

図２を更に参照すると、ヒートポンプ制御の重要な変数は、２８０及び２８２において測定される凝縮温度Ｔ_Ｃと、２８１及び２８３において測定される流出する冷媒の測定温度Ｔ_ｏｕｔｉ（１≦ｉ≦Ｎ）との間の差と定義される、各室内コイルの過冷温度Ｔ_ＳＣｉとすることができる。Ｔ_ＳＣｉとコイルｉからの熱束との間に逆関係が存在する。なぜならば、過冷の値が大きいコイルは、その出口においてより冷却され、過冷の値が小さいコイルによって生成される熱束と比較して、低減された熱束である冷媒を生成するためである。（他のゾーンに対して）大きい負の熱負荷を有するゾーンの場合、冷媒は、（他のゾーンに対して）小さい量を過冷することを可能にすることが必要とされる。その結果、負荷を満たすために対応する室内コイルから比較的大きい熱束が生じる。他方、比較的小さい負の熱負荷を有するゾーンは、より大きい量の過冷を有する必要がある。結果として、室内コイルからより低い熱束が生じる。この特性は、異なるゾーン温度を達成するとともに、非対称な熱負荷を遮断するのに用いられる。

蒸気圧縮システム２００は、以下のように、非線形出力を有する一組の線形微分方程式としてモデル化することができる。

ここで、ｘは、ｎ次元状態ベクトルである。ｕ_ｐは、一次制御入力ベクトルである。ｕ_ｓは、二次制御入力ベクトルである。ｄは、測定される外気温である。

は、各ゾーン内の測定されない熱負荷外乱のベクトルである。ｙ_ｐは、測定されるゾーン温度及び測定されるプロセス変数（これは、室内ユニット及び室外ユニットの温度及び圧力を含むことができる）の一次ベクトルである。ｙ_ｓは、圧縮器及びファンの消費電力を計算するのに用いられる信号のベクトルである。

は、システム消費電力である。ｈは、以下で詳細に説明される消費電力の非線形モデルである。式（１）において、ｘの上の・は、時間に対する導関数、すなわち、

を表すのに用いられる。

図２を更に参照すると、（１）〜（３）におけるＡ、Ｂ_ｐ、Ｂ_ｓ、Ｂ_ｄ、Ｂ_ｑ、Ｃ_ｐ、Ｃ_ｓ、Ｄ_ｓｐ、及びＤ_ｓｓの数値は、システム同定方法によって得られるデータから直接計算することができるか、又は、値は、有限体積モデル等の詳細なシステムモデルを線形化することによって計算することができる。これは、例えば、Ｍｏｄｅｌｉｃａモデリング言語を用いて構築することができる。そのような詳細なモデルを用いて、線形化モデルを、記号的に計算し、代表的な動作条件において数値的に評価し、Ｈａｎｋｅｌノルムトランケーション及び特異摂動のシーケンスを通して縮約し、ｎ次モデル（１）〜（３）を与えることができる。

式（４）は、圧縮器及び室外ファンの消費電力のモデルである。室外ファン及び圧縮器は、モデル化された消費電力の全てを考慮し、（４）は、以下の非線形関数として表現することができる。

ここで、ｐ_ｓｕｃは、圧縮器吸引圧力である。ｐ_ｄｉｓは、圧縮器吐出圧力である。ｕ_ｐ１は、圧縮器速度ＣＦであり、１つの実施形態では一次制御入力ベクトルの第１の要素であるのでｕ_ｐ１とも表記される。ファン電力ｐ_ｆは、以下の三次多項式としてモデル化される。

ここで、ｕ_ｓ１は、室外ファン速度ＯＦＳであり、１つの実施形態では二次制御入力ベクトルの第１の要素である。式（４）は、二次出力ベクトルｙ_ｓの要素を定義することに留意することが重要である。１つの実施形態では、ｙ_ｓ＝［ｐ_ｓｕｃ，ｐ_ｄｉｓ，ＣＦ，ＯＦＳ］である。

同様に、圧縮器電力ｐ_ｃは、以下のようにモデル化される。

ここで、体積効率は、

である。Ｖ_ｄｉｓｐは、圧縮器変位であり、ｉ＝１，．．．，４及びｊ＝１，．．．，５の場合、θ_ｊ（ｓ）＝β_ｊ０＋β_ｊ１ｓ、ζ_ｉ（ｓ）＝α_ｉ０＋α_ｉ１ｓ＋α_ｉ２ｓ^２である。パラメータγ_ｋ、α_ｉｋ及びβ_ｊｋは、種々の方法を用いてデータから経験的に調整することができる。消費電力（５）のモデルは、（４）における任意のより一般的な関数ｈを表し、より一般的には（４）、これは、入力変数、状態変数、又は、直接測定される場合もされない場合もある入力変数若しくは状態変数の数学的関数のうちのいずれかである他の変数を含むことができることが理解される。

図３は、本開示の実施形態による、二次コントローラが室外ファン速度を制御し、二次入力が直接測定される、コントローラの原理的なコンポーネントを示す概略ブロック図である。図３は、一次アクチュエータ３１０、３１１、３１２及び３１３のセットと、二次アクチュエータ３１４のセットとを備える、蒸気圧縮システム３００を示している。一次アクチュエータのセットは、重要なプロセス変数又はゾーン温度を設定値に調節するのに一次コントローラ３２３によって用いられる。二次アクチュエータのセットは、システム全体を、自身の最小全体消費電力に駆動するのに二次コントローラ３２１によって用いられる。さらに、一次センサ３２２のセットは、システム出力の一次セットを一次コントローラ３２３に提供し、二次センサ３２０のセットは、システム出力の二次セットを、二次コントローラ３２１に提供する。

一次コントローラ３２３は、補償器、及び、測定される一次システム出力のセットを入力として取り込み、すなわち、一次センサ３２２を介してシステム出力の一次セットを受信し、一次アクチュエータ３１０、３１１、３１２、３１３のセットのための制御入力の一次セットを計算又は生成して、１つ以上のゾーン温度２３０、２３２を設定値に調節するとともに、１つ以上の臨界プロセス変数を設定値に調節する、フィードバックループである。一次コントローラ３２３は、例えば、ループシェーピング技法を用いて設計することができる補償器を用いて制御入力の一次セットを計算し、ゾーン温度及びプロセス変数を設定値リファレンスの一定値及び外乱の一定値のためのそれらの設定値に駆動するために積分アクションを含むことができる。積分アクションは、一次システム入力に対する制約を強制するためにアンチワインドアップ（anti-windup）を含むことができる。

図３を更に参照すると、凝縮器内の過冷温度、又は蒸発器内の過熱温度、又は圧縮器の吐出温度等の臨界プロセス変数は、適切な動作のために重要とすることができる蒸気圧縮システムの測定される変数又は測定されない変数とすることができ、調節することができる。

蒸気圧縮システムコントローラは、補償器、及び、二次センサ３２０を介して又は二次入力４２５の推定値を介して（図４を参照）システム出力の二次セットを入力として取り込むか又は受信し、定常状態条件における全体システム消費電力を最小化するために制御入力の二次セットを計算又は生成する、フィードバックループを含む二次コントローラ３２１を含む。二次コントローラ３２１は、消費電力の負の勾配の方向においてシステムを駆動する制御入力の二次セットを計算する。二次コントローラ３２１は、ハードウェアメモリからの実行可能プログラムを用いて、消費電力関数の勾配、二次制御入力から二次システム出力への定常状態ゲイン、及び積分アクションを含む補償器を計算する。

図４は、本開示の実施形態による、一次コントローラが二次入力の推定値を生成し、二次コントローラが一次コントローラのための最適化された設定値を生成し、二次コントローラが室外ファン速度を制御する、コントローラの原理的なコンポーネントを示す概略ブロック図である。図４は、一次センサ４２２と二次センサ４２０とを備える蒸気圧縮システム４００を示している。一次コントローラ４２３は、重要なプロセス変数又はゾーン温度を設定値に調節する。二次アクチュエータ４１４のセットは、二次コントローラ４２１によって、システム全体を、自身の最小の全体消費電力に駆動するために用いられる。さらに、一次センサ４２２のセットは、システム出力の一次セットを一次コントローラ４２３に提供し、二次センサ４２０のセットは、システム出力の二次セットを、二次コントローラ４２１に提供する。

一次コントローラ４２３は、補償器、及び、測定される一次システム出力のセットを入力として取り込み、すなわち、一次センサ４２２を介してシステム出力の一次セットを受信する、フィードバックループである。一次コントローラ４２３は、例えば、ループシェーピング技法を用いて設計することができる補償器を用いて制御入力の二次セットを計算し、ゾーン温度及びプロセス変数を設定値リファレンスの一定値及び外乱の一定値のためのそれらの設定値に駆動するために積分アクションを含むことができる。積分アクションは、一次システム入力に対する制約を強制するためにアンチワインドアップを含むことができる。

図４を更に参照すると、凝縮器内の過冷温度、又は蒸発器内の過熱温度、又は圧縮器の吐出温度等の臨界プロセス変数は、適切な動作のために重要とすることができる蒸気圧縮システムの測定される変数又は測定されない変数とすることができ、調節することができる。

蒸気圧縮システム４００は、補償器、及び、二次センサ４２０を介して又は二次入力４２５の推定値を介して（図４を参照）システム出力の二次セットを入力として取り込むか又は受信し、定常状態条件における全体システム消費電力を最小化するために制御入力の二次セットを計算又は生成する、フィードバックループを含む二次コントローラ４２１を含む。二次コントローラ４２１は、消費電力の負の勾配の方向においてシステムを駆動する制御入力の二次セットを計算する。二次コントローラ４２１は、ハードウェアメモリからの実行可能プログラムを用いて、消費電力関数の勾配、二次制御入力から二次システム出力への定常状態ゲイン、及び積分アクションを含む補償器を計算する。

図５は、本開示の実施形態による、モデル（１）〜（４）を示す概略図である。ここで、５００は、式（１）〜（３）のシステムであるとともに、Ｐと表され、５０１は、測定される外乱のベクトルｄであり、５０２は、測定されない外乱のベクトルｑであり、５０３は、一次制御入力のベクトルｕ_ｐであり、５０４は、二次制御入力のベクトルｕ_ｓであり、５０５は、一次出力のベクトルｙ_ｐであり、５０６は、二次出力のベクトルｙ_ｓであり、５０７は、非線形電力関数（４）であり、５０８は、システム消費電力である。

この特定の実施形態では、ｕ_ｐと表記される一次制御入力ベクトル５０３は、ゾーン温度調節及び臨界プロセス変数の調節の要件を満たすように選択される、蒸気圧縮システムへの総利用可能制御入力のサブセットを含む。一実施形態では、一次制御入力ベクトルｕ_ｐは、圧縮器速度ＣＦ、電子膨張弁ＥＥＶｉ（１≦ｉ≦Ｎ）、及び電子膨張弁ＥＥＶｍを含む。ｕ_ｓと表記される二次制御入力ベクトル５０４は、蒸気圧縮システム消費電力を最小化するのに用いることができる追加の蒸気圧縮システム制御入力を含むか、又は、これは、一次コントローラ内の設定値を含むことができる。

図３及び図５を参照すると、１つの実施形態における二次入力ベクトルｕ_ｓ５０４は、室外ファン速度（ＯＦＳ）３０８であり、これは、室外ファン速度制御デバイス３１４を介して直接制御される。一次出力ベクトル５０５は、一次制御入力ベクトル５０３を制御するのにフィードバックにおいて用いられる利用可能なシステム測定値のサブセットを含む。１つの実施形態では、一次出力ベクトル５０５は、ゾーン温度測定値２３０、２３２、並びに、室内熱交換器及び室外熱交換器及び圧縮器の各センサ２１２、２８０、２８１、２８２、２８３、２９０、２９１、及び２６０（図２を参照）からの値を含む。ｙ_ｓと表記される二次出力ベクトル５０６は、システム消費電力を計算するのに電力関数において用いられる変数を含む。１つの実施形態では、５０６は、ベクトルｙ_ｓ＝［ｐ_ｓｕｃ，ｐ_ｄｉｓ，ＣＦ，ＯＦＳ］である。しかしながら、他の実施形態では、５０６は、直接測定されず、一次コントローラから由来することができる変数の測定値を含むことができる。

特定の実施形態では、一次制御入力５０３は、ゾーン温度及び臨界プロセス変数を調節するのに用いられ、二次制御入力５０４は、システム消費電力を最小化するのに用いられる。しかしながら、いくつかの実施形態では、二次出力ベクトル５０６のコンポーネントのうちのいくつかは、直接測定されない。この事例では、変数は、一次コントローラ４２３によって推定することができる。この実施形態は、図４において示されている。さらに、いくつかの実施形態では、二次制御入力は、一次コントローラ４２３のための１つ以上の最適化された設定値４２４を含むことができる。

図５は、本開示の実施形態による、

と表記される、蒸気圧縮システムの一般化されたプラント表現を示す概略図である。

図６は、本開示の実施形態による、一次コントローラ設定値のサブセットが二次コントローラによって生成され、二次コントローラ入力のサブセットが一次コントローラによって推定される、蒸気圧縮システムの一般化されたプラント表現を示す概略ブロック図である。図６では、一般化された一次システム６００出力ベクトル６０６は、一般化された二次制御入力６０４の要素によって拡張される。加えて、二次システム出力ベクトル６０６は、一般化された二次制御入力ベクトル６０４の要素によって拡張される。図５において図示化されたプラントモデルは、６１０として組み込まれる。この実施形態では、二次出力ベクトルの成分のサブセットが一次コントローラによって推定され、一次出力ベクトルの成分のサブセットが二次コントローラの出力として生成される最適化された設定値を含む。

図７は、本開示の実施形態による、一次フィードバックコントローラ及び二次フィードバックコントローラを条件とする蒸気圧縮システムを示す概略図である。図７は、ｄと表記される測定される外乱のベクトル７０１、ｑと表記される測定されない外乱入力のベクトル７０２、

と表記される一次制御入力のベクトル７０３、

と表記される二次制御入力のベクトル７０４を含む入力を条件とし、

と表記される一次出力のベクトル７０５、及び、

と表記される二次出力のベクトル７０６を含む出力を生成する蒸気圧縮システムを示している。この実施形態では、入力として

、及び同様にｒと表記される基準設定値のベクトル７０９を取り込むとともに、出力として、ベクトル

７０３を生成する、Ｋ_ｐと表記される内部ループ一次フィードバックコントローラ７０７と、同様に入力として

を取り込むとともに、出力として、ベクトル

７０４を生成する、Ｋ_ｓと表記される外部ループ二次フィードバックコントローラ７０８とを含む。

図７を更に参照すると、１つの特定の実施形態では、

、及び、

である。さらに、この特定の実施形態では、ｙ_ｓは、ＣＦ、ＯＦＳ、ｐ_ｓｕｃ及びｐ_ｄｉｓの直接測定値を含む。しかしながら、いくつかの実施形態では、ｐ_ｓｕｃ及びｐ_ｄｉｓは、直接測定されない場合がある。この事例では、一次コントローラＫ_ｐ７０７は、

及び

と表記される、ｐ_ｓｕｃ及びｐ_ｄｉｓのリアルタイム推定値を計算するのに用いられる。これらの実施形態では、推定値は、一次制御入力ベクトルｕ_ｐに拡張されて、

が生成される。したがって、これらの追加推定値は、一般化されたプラント

への入力としてフィードバックされる。推定された信号は、直接フィードスルーされ、二次出力において出力され、二次出力は、その場合、

と表記され、これは、二次コントローラＫ_ｓへの入力として用いられる。このようにして、いくつかの実施形態では、吸引及び吐出圧力の推定値を、図４に示すように、実際の測定値の代わりに用いることができる。したがって、いくつかの実施形態では、一般化されたプラント

は、直接フィードスルー信号を用いて拡張されるプラントＰのモデルを含む。

１つの特定の実施形態では、図３に示すように、

である。しかしながら、いくつかの実施形態では、消費電力を最小化するのに用いるために他の制御入力が利用可能であり得る。さらに、いくつかの実施形態では、ＯＦＳは、制御システムの権限の下で可変でない場合もあるし、一定ファン速度とする場合もある。したがって、いくつかの実施形態では、

は、一次コントローラに対する利用可能な基準設定値、又はプラントＰに対する代替的な制御入力を含むことができる。いくつかの実施形態では、

は、１つ以上の凝縮器過冷温度、又は１つ以上の蒸気過熱温度、又は１つ以上の圧縮器吐出温度のための基準設定値を含むことができる。いくつかの実施形態では、外部ループコントローラ７０８の計算された出力である

は、一般化されたプラント７００に直接フィードスルーされ、一次出力７０５に拡張され、一次コントローラ７０７の利用可能な基準設定値となるようにするために、

である。したがって、いくつかの実施形態では、一般化されたプラント

は、図６に示すように、直接フィードスルー信号を用いて拡張されるプラントＰのモデルを含む。

図７を更に参照すると、この特定の実施形態では、一次コントローラ７０７がゾーン温度及び臨界プロセス変数を調節するように設計された一次内部ループ、および二次外部ループフィードバックコントローラ７０８が消費電力を最小値に駆動するように設計された二次外部ループのカスケードが用いられている。この特定の実施形態では、一次コントローラ４０８は、Ｈ_∞ループシェーピング方法を用いて、

において利用可能であるＮ＋２個の制御量ＣＦ、ＥＥＶｉ（１≦ｉ≦Ｎ）及びＥＥＶｍを用いて、

のサブセットであるＮ＋２個の変数Ｔ_Ｒｉ（１≦ｉ≦Ｎ）、Ｔ_{ＳＣｍｉｎ}、及びＴ_Ｄを調節するように設計することができる。

いくつかの実施形態では、一次コントローラ７０７は、閉ループシステムが安定し、制御下のＮ＋２個の変数が基準及び外乱の一定値の場合ゼロ定常状態誤差を有する設定値に駆動されるように調整される切り離された比例積分（ＰＩ）コントローラ又は比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラのセットとすることができる。いくつかの実施形態では、７０７は、ｐ_ｓｕｃ及びｐ_ｄｉｓ等の直接測定されない変数のリアルタイム推定値を計算することができ、これらは、

に拡張することができる。二次補償器７０８を含む外部ループは、蒸気圧縮システム動作エンベロープにわたって外乱及び基準の一定値の場合の消費電力を最小化するように二次制御入力

を作動する。

（一次コントローラ）
本開示のこの特定の実施形態は、図７に示すように、Ｋ_ｐと表記される、内部ループ一次コントローラ７０７を含む。

図８は、本開示の実施形態による、内部ループ一次コントローラのこの特定の実施形態の詳細を示す概略ブロック図である。Ｓと表記されるセレクター８０１は、入力として、

のサブセットである３Ｎ＋４個の測定値ｙ_ｐを取り込み、最小過冷を有するゾーンを選択し、ｙ_σと表記される２Ｎ＋４次元出力ベクトル８０６を生成する。Ｗ_２と表記されるブロック８０２及びＷ_１と表記されるブロック８０３は、ゼロ定常状態誤差を有する測定されない一定外乱を遮断するようにゾーン温度を調節すること、圧縮器吐出温度を、ゼロ定常状態誤差を有する動作条件に依存する定数に調節すること、及び最小過冷温度をゼロ定常状態誤差を有する一定設定値に調節することを含む性能要件のセットを満たすために、モデル（１）及び（２）から計算されるプラント周波数応答をループシェーピングすることによって設計される重み付け関数である。いくつかの実施形態では、比例積分タイプの重み、及び一次アクチュエータに対する制約を強制するためにアンチワインドアップロジックを用いて実施することができる積分アクションが含まれる。Ｋ_ｓｈと表記されるブロック８０４は、Ｈ_∞ループシェーピング合成によって計算されるゲインスケジューリングされた、ロバスト化補償器である。重要なことに、これは、測定されない変数の推定値８０９を生成するように活用することができる観測器ベース構造を有する。

Ｓと表記されるセレクター８０１の少なくとも１つの目的は、フィードバックのために最小過冷を有するゾーンを自動的に選択することである。最小過冷を以下のように定義する。

ここで、Ｔ_ｃは、センサ２８０及び２８２によって測定されるものと仮定される。また、１≦ｉ≦Ｎについて、要素

を有するセレクターベクトル

を定義し、これを、以下のように正規化する。

図８を更に参照すると、セレクターベクトルσは、最小量の過冷を有するゾーンの方向において「指向する」正規化された重みであり、これは、最小過冷ゾーンの場合σ_ｉは１に接近し、一方、より多くの過冷を有するゾーンは０に接近したσ_ｉを有することを意味する。これは、

（０＜σ_ｉ＜１）となるように、かつ、Ｃ_∞がゲインスケジューリングされる補償器Ｋ_ｓｈのゲインの間の平滑遷移を提供するように正規化される。

この特定の実施形態では、セレクターの出力ｙ_σ８０６は、１≦ｉ≦Ｎについて、以下の要素を有する２Ｎ＋４次元ベクトルｙ_σである。

図８を更に参照すると、ｕ_ｐにおいて利用可能であるＮ＋２個の制御量を用いて調節されるＮ＋２個の変数は、ｙ_σｉ＝Ｔ_Ｒｉ（１≦ｉ≦Ｎ）、ｙ_{σ２Ｎ＋３}＝Ｔ_Ｄ及びｙ_{σ２Ｎ＋４}＝Ｔ_{ＳＣｍｉｎ}である。定常状態追跡及び外乱遮断要求を満たすために、比例積分タイプの重みは、重みＷ_２ ８０２のように積分アクションを含むＮ＋２個の制御される出力変数に拡張される。他の測定値Ｔ_ｏｕｔｉ（１≦ｉ≦Ｎ）、Ｔ_Ｓ及びＴ_Ｅは、積分アクションを用いず、かつ、ロバスト性のための幾分かのロールオフを用いて、それらのゲインが１未満であるようにＷ_２において重み付けされる。したがって、明確にするためにラベル付けされる、Ｗ_２の要素は、１≦ｉ≦Ｎ及びＮ＋１≦ｊ≦２Ｎ＋２について、

である。正のフィードバック変換が用いられることに留意される。ゲインｋ_ｉ（１≦ｉ≦３）は、シェーピングされたプラントクロスオーバー周波数が過渡応答要件を満たすように調整される。複数のゼロω_ｉ（１≦ｉ≦３）が、ループシェーピング技法に従って、クロスオーバー付近の位相マージンを最大化するように配置され、極ω_４が、この特定の実施形態では、その時定数が約２分〜１０分であるように配置される。入力重みは、この特定の実施形態では、Ｗ_１＝Ｉであるが、いくつかの実施形態では、各アクチュエータの寄与を調整する重み等の他の値を仮定することができる。

他の実施形態では、重みは、比例積分タイプ重みを含むことができ、これは、一次アクチュエータに関連付けられた制約を強制するためにアンチワインドアップロジックを組み込むことができ、重みは、場合によっては制約又はローパスフィルタによって重み付けられる、室温測定値及び臨界プロセス変数測定値を通過させるように設計される。定常状態を遮断するハイパスフィルタを用いて他の一次測定値を通過させることができ、したがって、設定値及び外乱の一定値の場合のゼロ定常状態誤差を有する基準設定値を追跡するように閉ループシステムが強制される。重みの具体的な値は、ループシェーピング技法を用いて計算される。

Ｔ_Ｄ（ｒ_ｄ）の基準値は、システムエネルギー効率を最適化する値にスケジューリングされ、システム負荷及び室外気温（ｄ）の関数として蒸発器コイルにおける正の過熱も確実にする。しかしながら、負荷は測定されないので、圧縮器周波数ＣＦを代理として用いることができる。したがって、この特定の実施形態では、Ｔ_Ｄ基準のスケジュールは、

である。ここで、一次フィルタは、システムロバスト性を改善するように含まれ、ゲインｋ_ｓ及びｋ_ｄは、室外気温及び圧縮器周波数の関数として消費電力を最小化するように調整される。いくつかの実施形態では、（２２）は、これらの変数及び他の測定される変数の線形又は非線形関数とすることができる。このフィルタは、圧縮器Ｋ_ｓｈを設計する目的で、ｕ_ｓｈと表記される入力８０８、ｙ_ｓｈと表記される出力８０７を有するシェーピングされたプラントｐ_ｓｈを規定するために、重みＷ_１及びＷ_２とともに、プラントモデルＰに組み込まれる。

図８を更に参照すると、Ｈ_∞ループシェーピングコントローラ合成は、

を最小化するコントローラＫ_ｓｈを計算し、一群の摂動プラント

をロバストに安定化する。ここで、Δ_Ｍ及びΔ_Ｎは、プラント不確実性を表し、公称シェーピングプラントは、正規化左既約因数（normalized left coprime factors）

に分解される。この方法論は、蒸気圧縮システムの場合に困難である、不確実性の明示的モデル化を行う必要なく、ロバスト安定化問題の一般定式化及び多変数ロバスト性マージン（１／γ）の定義を可能にする。このシェーピングされたプラントＰ_ｓｈは、

と記述され、ここで、ｘ_ｓは、プラントＰの状態、重みＷ_１及びＷ_２、並びにＴ_Ｄスケジュールを含み、Ａ_ｓ、Ｂ_ｓ、Ｂ_ｓ０、Ｂ_ｓｄ、Ｂ_ｓｑ、Ｃ_ｓ、Ｅ_ｓ、及びＦ_ｓは、（１８）〜（２１）及び（２２）で拡張された（１）及び（２）における対応する行列である。式（２７）は、ｐ_ｓｕｃ又はｐ_ｄｉｓ等の推定を要求する場合がある任意の変数ｚを表すのに用いられる。いくつかの実施形態では、この出力ベクトルは、これらの変数を推定するためにシェーピングされたプラントに対して拡張される。Ａ_ｓは、セレクターベクトルσに依存するが、他の行列は一定であることに留意されたい。

図８を更に参照すると、コントローラＫ_ｓｈは、観測器ベース構造を有する。

ここで、制御ゲインＧ_ｓ及び観測器ゲインＨ_ｓは双方とも、セレクターベクトルσの関数である。基準及び測定される外乱がフィードフォワードされることに留意されたい。ゲインＧ_ｓ及びＨ_ｓは、２つの切り離されたリッカチ方程式（６，８）に対する解を計算し、その後補間することによってσの特定の値において計算される。この特定の実施形態では、Ｎ個の解が計算される。

（２８）〜（３０）は、観測器ベース構造を有するので、電力最小化制御量Ｋ_ｓにおいて用いられる（２７）を用いてｚの推定値を計算するのに用いることができる。（２８）から（２７）を減算し、

を定義することで、状態推定値誤差は、

によって統御される。これは、観測器状態が、ｑの非ゼロ値のプラント状態に収束せず、したがって、ｚの推定値をバイアスすることを示している。しかしながら、（３３）を反転させることによって、すなわち、

によって、ｑ（定数であると仮定する）の定常状態値を推定することができ、

ここで、

であり、シンボル

は、擬似逆行列を示す。この逆行列は、ｑがｙ_ｓｈから観測可能であり、ｙ_ｓｈの次元がｑの次元を超えるので、存在する。次に、この推定値は、ｚの推定値からのｑに起因して定常状態バイアスを除去するのに用いることができ、

が与えられ、ここで、

である。Ｈ_ｑ及びＨ_ｚは、σの関数であり、（３２）のようにゲインスケジューリングされることに留意されたい。

図８を更に参照すると、いくつかの実施形態では、吐出圧力の推定値

は、冷媒飽和曲線を介して凝縮温度の推定値を生成するように用いることができ、これは、動作エンベロープにわたる三次多項式ｆ_ｓを用いて高度に近似され、すなわち、

であり、室内ユニットのうちの全てにおける上流温度センサが有効でない場合にＴ_Ｃを推定する手段を与える。いくつかの実施形態では、測定値及び推定値に対する最小セレクターは、Ｔ_Ｃを推定するのに用いることができる。いくつかの実施形態では、ゾーン負荷ｑが推定され、これは、ゾーン仮想計測に有用とすることができる。

この特定の実施形態では、基準８０９は、Ｗ_２と表記される、重み８０１に入る。いくつかの実施形態では、基準は、図９に示すように、重みＷ_１に入ることができ、この事例では、Ｗ_１ ９０３は、圧縮器速度、弁位置又はファン速度に対する制限等の一次入力の許容可能範囲に対する制約を強制するために、１つ以上のループシェーピング方法に続く積分アクションを含むように設計することができる。いくつかの実施形態では、積分アクションは、重み９０３、又は９０２、又は８０２又は８０３に組み込むことができ、いくつかの数の積分器は、アクチュエータ飽和を収容するためにアンチワインドアップを組み込むことができる。

（二次コントローラ）
内部ループ一次フィードバック（２８）〜（３０）が閉じられると、入力

及び出力ｐを有する部分的閉ループシステムを検討する。ｒ_ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）、ｄ及びｑの定数値について、

からｐへの定常状態関数が或る間隔

について厳密に凸型であると仮定する。この特性は、モデルフリーの極値探索の従来技術において活用されている。

本開示のこの態様では、二次フィードバック制御ループは、電力のその最小値への指数関数的収束を達成するのに用いられる。

から

への部分的閉ループ伝達関数（一次フィードバックループが閉じている）をＴ（ｓ）と表記する。図１０を参照すると、定常状態ゲインがＴ_０＝Ｔ（０） １００３と定義される。この特定の実施形態では、Ｋ_ｓと表記される二次補償器７０８は、

である。ただし、κ＞０である。ここで、勾配

は、（５）〜（８）から解析的に計算される。

図１０は、本開示の実施形態による二次補償器を示す概略図である。一実施形態では、

である。しかしながら、他の実施形態では、

であり、それにより、

の要素の何らかのサブセットは、一次補償器によって推定され、直接測定することができない。一実施形態では、

は、４つの要素を有し、Ｔ_０ １００３は、４つの要素を有する。しかしながら、他の実施形態では、

及びＴ_０は、任意の数の要素を有することができる。一実施形態では、補償器１００４ Ｃ（ｓ）は、積分器であり、

である。他の実施形態では、Ｃ（ｓ）は、図１０における閉ループを安定にし、例えば、ＰＩ又はＰＩＤタイプ補償器等の積分アクションを含む任意の補償器とすることができる。積分アクションは、或る時間期間にわたって蓄積された誤差に基づいて、その誤差がゼロに駆動されるように、入力に対する変更を行うコントローラ又は制御メカニズムによるアクションとして理解することができる。

一次フィードバック（２８）〜（３０）及び二次フィードバック（３９）を有する閉ループシステム（１）〜（４）は、
１）基準ｒ_ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）、並びに外乱ｄ及びｑが十分に低速に変動する場合、かつ
２）

の場合、ある（十分に小さい）

の場合の

について、局所的に指数関数的に安定している。ただし、Ｃ（ｓ）＝１／ｓ（積分器）である。

この事例では、解は、ｒ_ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）、ｄ及びｑの一定値について電力（５）の最小値に指数関数的に収束する。これは、システムがより高速にその最小電力に収束するので、他の従来技術に優る利点である。

図１０を更に参照すると、この命題の証明は、次のとおりである。内部ループは、固定のσにおいて設計によって指数関数的に安定する。仮定（１）は、ゲインスケジューリングされる一次コントローラが時間変動するσに対して指数関数的に安定することを確実にする。フィードバック（３９）が局所的に指数関数的に安定していることを示すことができる。状態空間形式で記述される、入力

から、

と表記される出力１００７へのシステムは、

であり、ここで、（Ａ_ｏ，Ｂ_ｏ，Ｃ_ｏ）は、Ｔの実現値である。一般性を失うことなく、（４０）及び（４１）の原点を、（

及びξ＝０がｐの最小値に対応するように）ｈの最小値にシフトさせる。仮定（２）は、定常状態において

に対する

の勾配である

が

において消失する奇関数であること、及び、ｄｈがこの点においてそのテイラー級数内に線形項を有することを暗示する。二次制御（３９）は、（４０）及び（４１）の回りの積分タイプフィードバックである。

閉ループは、フィードバックの符号が負であるとすると、原点において（４１）が線形化される根軌跡引数によって十分に小さいゲインκについて局所的に指数関数的に安定しており、これは、Ｔ_０によって確実にされる。これは、なぜならば、Ｔの極のうちの全てが開いた左半平面内にあり、積分フィードバック（４２）が原点において極を追加し、これは、開いた左半平面に移動し、一方で、他の極は、十分に小さいκの場合、開いた左半平面に留まるためである。ξは指数関数的に０に収束するので、電力は、指数関数的にその最小値に収束する。ＰＩタイプ補償器等のＣ（ｓ）の他の構造にこの引数を適用することができることが明らかである。

図１０を更に参照すると、実際、二次フィードバック制御（３９）は、

を、ｄｈがＴ_０に垂直である状態に駆動し、この点において電力は、極小値にある。

いくつかの実施形態では、推定される変数は、

において用いられ、それにより、推定される電力の勾配は、二次フィードバックにおいて用いられる。いくつかの実施形態では、ゲインκは、制限される必要がある。なぜならば、いくつかの実施形態では、Ｔは、非最小位相ではないので、十分に高いゲインが、非安定性をもたらし得るためである。

図１１は、本開示の実施形態による、補償器が積分アクションである二次コントローラの１つの実施形態を示すフローチャートである。二次出力

は、時点ｋＴにおいてサンプリングされる（１１０１）。次に、消費電力関数ｄｈの勾配が

において計算され評価され（１１０２）、次に、ｄｈとＴ_０との間のドット積が計算され（１１０３）、その信号が補償器Ｃ（ｓ）、この事例では単純な積分器に渡され（１１０４）、その結果が小さい負のゲインを乗算され、二次入力に適用される（１１０５）。

（特徴）
本開示の態様によれば、システム出力の二次セットのうちのいくつかは、一次コントローラからの二次推定値のセットから、又は二次センサのセットから得られる。他の態様は、一次コントローラの設定値のうちのいくつかが、二次コントローラの出力として得られることを含む。さらに、いくつかの態様は、一次コントローラの設定値が、ユーザ、環境システム管理システム、又は環境コントローラによって設定される所定の設定値であることを含む。一態様が、一次コントローラがＨ無限ループシェーピングコントローラであり、それにより、Ｈ無限ループシェーピングコントローラがゲインスケジューリングされることを含むことができることが可能である。

本開示のいくつかの他の態様によれば、いくつかの二次センサは、圧縮器吸引圧力、圧縮器吐出圧力、圧縮器速度又は室外ファン速度のうちの１つ又は組み合わせを含むできる。さらに、他の態様は、いくつかの一次センサが、ゾーン温度測定値、熱交換器温度測定値又は圧縮器温度測定値のうちの１つ又は組み合わせを含むことができる。またさらに、いくつかの態様は、いくつかの二次アクチュエータが、室外ファン速度、凝縮器過冷温度設定値、蒸発器過熱温度設定値又は圧縮器温度設定値のうちの１つ又は組み合わせを含むできる。いくつかの態様が、いくつかの一次アクチュエータが圧縮器速度又は電子作動弁コマンドのうちの１つ又は組み合わせを含むことが可能である。さらに、他の態様は、二次コントローラが、消費電力関数の勾配と、二次制御入力から二次システム出力への定常状態ゲインとの間の内積を、経時的に積分し、フィードバックゲインを乗算したものに基づいて制御入力の二次セットを生成することであり得る。他の態様は、二次コントローラによって実行される実行可能プログラムが、システム出力の二次セットを用いて、消費電力関数の勾配、二次制御入力から二次システム出力への定常状態ゲイン、及び積分アクションを計算することを含むことができる。積分アクションは、デッドゾーン、アンチワインドアップ又は飽和のうちの１つ又は組み合わせを含むようにされる。

図１２は、本開示のいくつかの実施形態による、本開示によって想定される蒸気圧縮システムの代替的なコントローラのブロック図である。代替的なコントローラ１２００は、収集されたデータをメモリ１２３０に記憶することができ、このデータが処理される。代替的なコントローラ１２００は、代替的なコントローラをキーボード１２５１及びディスプレイデバイス１２５２に接続することができるヒューマンマシンインターフェース又はユーザインターフェース１２５０を備える。代替的なコントローラ１２００は、バス１２５６を通して、システム１２００をディスプレイデバイス１２４８に接続するように適応されたディスプレイインターフェース１２５７にリンクすることができ、ディスプレイデバイス１２４８は、とりわけ、コンピュータモニタ、カメラ、テレビジョン、プロジェクター、又はモバイルデバイスを含むことができる。

代替的なコントローラ１２００は、電源１２５４を備えることができ、用途に応じて、電源は、任意選択で代替的なコントローラの外部に配置することができる。プロセッサ１２４０は、記憶された命令を実行するように構成することができるとともに、プロセッサ１２４０によって実行可能である命令を記憶するメモリ１２３０と通信することができる１つ以上のプロセッサとすることができる。プロセッサ１２４０は、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ、コンピューティングクラスター、又は任意の数の他の構成とすることができる。プロセッサ１２４０は、バス１２５６を経由して、１つ以上の入力及び出力デバイスに接続される。メモリ１２３０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリ、又は他の任意の適したメモリシステムを含むことができる。

引き続き図１２を参照すると、代替的なコントローラ１２００は、プロセッサ１２４０によって用いられる補足データ及び／又はソフトウェアモジュールを記憶するように適応された記憶デバイス１２５８も備えることができる。例えば、記憶デバイス１２５８は、とりわけ、本開示の異なる方法又は本開示の実施形態に関連した他の態様に関する履歴データを記憶することができる。記憶デバイス１２５８は、ハードドライブ、光ドライブ、サムドライブ、ドライブのアレイ、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。

引き続き図１２を参照すると、プリンタインターフェース１２５９も同様に、バス１２５６を経由して代替的なコントローラ１２００に接続するとともに、代替的なコントローラ１２００を印刷デバイス１２３２に接続するように適応させることができ、ここで、印刷デバイス１２３２は、とりわけ、液体インクジェットプリンタ、固体インクプリンタ、大規模商用プリンタ、サーマルプリンタ、ＵＶプリンタ、又は昇華型プリンタを含むことができる。ネットワークインターフェースコントローラ（ＮＩＣ）１２３４が、代替的なコントローラ１２００を、バス１２５６を経由してネットワーク１２３６に接続するように適応される。とりわけ、本開示の実施形態の又は実施形態に関連したデータ又は関連データは、ネットワーク１２３６を介して、ディスプレイデバイス、撮像デバイス、及び／又は印刷デバイス上にレンダリングすることができる。

引き続き図１２を参照すると、とりわけ、データ又は関連データを、記憶及び／又は更なる処理のために、ネットワーク１２３６の通信チャネル上で送信することができ、及び／又は、記憶システム１２５８内に記憶することができる。さらに、データ又は関連データは、受信機１２４１から無線又は有線で受信することもできるし、送信機１２４３を介して無線又は有線で送信することもでき、受信機１２４１及び送信機１２４３は、双方ともバス１２５６を経由して代替的なコントローラ１２００に接続される。

代替的なコントローラ１２００は、外部センサ１２３１、１つ以上の入力デバイス１２３３、他のコンピュータ１２４２及び他のデバイス１２４４に接続することができる。外部センサ１２３１は、モーションセンサ、慣性センサ、或るタイプの測定センサ等を含むことができる。外部センサ１２３１は、速度、方向、空気流、或るオブジェクト又はロケーションまでの距離、天候条件等のためのセンサを含むことができる。入力デバイス１２３３は、例えば、キーボード、スキャナ、マイクロフォン、スタイラス、タッチ対応パッド又はタッチ対応ディスプレイを含むことができる。

（用語）
本開示の実施形態を説明する際に、本開示を通じて以下の定義が適用可能である。

「蒸気圧縮システム」は、熱力学、流体力学及び／又は熱伝達の原理に基づいて、蒸気圧縮サイクルを用いて、システムのコンポーネントを通して冷媒を流動させるシステムを指している。蒸気圧縮システムは、限定はしないが、ヒートポンプ、冷凍、空調機システムとすることができる。蒸気圧縮システムは、住宅又は商業空間の調整に留まらない適用例において使用される。例えば、蒸気圧縮サイクルを用いて、高性能コンピューティングの適用例においてコンピュータチップを冷却することができる。

「ＨＶＡＣ」システムは、蒸気圧縮サイクルを実施する任意の暖房、換気及び空調（ＨＶＡＣ：heating, ventilating, and air-conditioning）システムを指している。ＨＶＡＣシステムは、建物の居住者に外気のみを供給するシステムから、建物の温度を制御するだけのシステム、温度及び湿度を制御するシステムまでの広範な一組のシステムに及ぶ。

「蒸気圧縮システムのコンポーネント」は、制御システムによって制御可能な動作を有する蒸気圧縮システムの任意のコンポーネントを指している。それらのコンポーネントは、限定はしないが、冷媒を圧縮し、システムの中に圧送するための可変速度を有する圧縮器と、システムの高圧部分と低圧部分との間の圧力降下を与えるための膨張弁と、蒸発熱交換器及び凝縮熱交換器とを含む。

「蒸発器」は、熱交換器を通り抜ける冷媒が熱交換器の長さにわたって蒸発し、その結果、熱交換器の出口における冷媒の比エンタルピーが熱交換器の入口における冷媒の比エンタルピーより高くなり、冷媒が全体として液体から気体に変化する、蒸気圧縮システム内の熱交換器を指している。蒸気圧縮システム内に１つ以上の蒸発器が存在する場合がある。

「凝縮器」は、熱交換器を通り抜ける冷媒が熱交換器の長さにわたって凝縮し、その結果、熱交換器の出口における冷媒の比エンタルピーが熱交換器の入口における冷媒の比エンタルピーより低くなり、冷媒が全体として気体から液体に変化する、蒸気圧縮システム内の熱交換器を指している。蒸気圧縮システム内に１つ以上の凝縮器が存在する場合がある。

「一次コントローラ」は、補償器、及び、測定される一次システム出力のセットを入力として取り込み、一次システム入力のセットを計算して、ゾーン温度を設定値に調節するとともに、臨界システム変数のセットを設定値に調節する、フィードバックループである。

「二次コントローラ」は、補償器、及び、二次システム出力のセットを入力として取り込み、二次システム入力のセットを計算して、閉ループシステムを、定常状態条件において最小消費電力に駆動する、フィードバックループである。

凝縮器内の過冷温度、又は蒸発器内の過熱温度、又は圧縮器の吐出温度等の「臨界プロセス変数」は、適切な動作のために重要である蒸気圧縮システムの測定される変数又は測定されない変数であり、調節することができる。

「一次制御入力ベクトル」は、要素が一次コントローラによって用いられる蒸気圧縮システムの制御入力のサブセットであるベクトルである。

「二次制御入力ベクトル」は、要素が二次コントローラによって用いられる蒸気圧縮システムの制御入力のサブセット、又は一次コントローラの設定値のサブセットを含むベクトルである。

「一次システム出力ベクトル」は、要素が一次コントローラによって用いられる蒸気圧縮システムの測定される変数のサブセットを含むベクトルである。これは、要素として二次コントローラによって提供される設定値も含むことができる。

「二次システム出力ベクトル」は、要素が二次コントローラによって用いられる蒸気圧縮システムの測定される変数のサブセットを含むベクトルである。これは、一次コントローラによって提供されるプロセス変数の推定値も含むことができる。

「電気回路」は、プロセッサ、メモリ又はアクチュエータ等のコンポーネント間で電気信号を伝送する電線の相互接続を指している。

「設定値」は、室温等、或る変数の所望の値又は基準値を指している。設定値という用語は、特定の変数の組のうちの任意の特定の値に適用される。

「コンピュータ」は、構造化された入力を受け入れ、その構造化された入力を所定の規則に従って処理し、処理結果を出力として生成することが可能な任意の装置を指している。コンピュータの例としては、汎用コンピュータ、スーパーコンピュータ、メインフレーム、スーパーミニコンピュータ、ミニコンピュータ、ワークステーション、マイクロコンピュータ、サーバ、双方向テレビ、コンピュータと双方向テレビとのハイブリッドな組み合わせ、及びコンピュータ及び／又はソフトウェアをエミュレートする特定用途向けハードウェアが挙げられる。コンピュータは単一のプロセッサ、又は並列に動作し及び／又は並列に動作しないことができる複数のプロセッサを有することができる。コンピュータは、コンピュータ間で情報を送信又は受信するネットワークを介して共に接続された２つ以上のコンピュータも指す。そのようなコンピュータの例としては、ネットワークによってリンクされたコンピュータを介して情報を処理する分散コンピュータシステムが挙げられる。

「中央処理ユニット（ＣＰＵ）」又は「プロセッサ」は、ソフトウェア命令を読み出して実行するコンピュータ又はコンピュータのコンポーネントを指している。

「メモリ」又は「コンピュータ可読媒体」は、コンピュータによってアクセス可能なデータを格納するための任意のストレージを指している。例としては、磁気ハードディスク、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤのような光ディスク、磁気テープ、メモリチップ、並びに電子メールを送受信する際に、又はネットワーク及びコンピュータメモリ、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）にアクセスする際に用いられる搬送波等の、コンピュータ可読電子データを搬送するのに用いられる搬送波が挙げられる。

「ソフトウェア」は、コンピュータを動作させるための所定の規則を指している。ソフトウェアの例としては、ソフトウェア、コードセグメント、命令、コンピュータプログラム、及びプログラムロジックが挙げられる。インテリジェントシステムのソフトウェアは自己学習が可能とすることができる。

「モジュール」又は「ユニット」は、タスク又はタスクの一部を実行するコンピュータにおける基本コンポーネントを指している。「モジュール」又は「ユニット」は、ソフトウェアによってもハードウェアによっても実施することができる。

「コントローラ」、「制御システム」及び／又は「レギュレータ」は、他のデバイス又はシステムの挙動を管理するか、命令するか、指示するか、又は調節するデバイス又は一組のデバイスを指している。コントローラは、ハードウェアによって、ソフトウェアによって構成される動作を伴うプロセッサによって、及びその組み合わせによって実現することができる。コントローラは内蔵システムとすることができる。

「補償器」は、コントローラの要素であり、比例積分（ＰＩ）、比例積分微分（ＰＩＤ）又はリードラグタイプ等の実現可能フィルタを指す。

（実施形態）
以下の説明は、例示的な実施形態のみを提供し、本開示の範囲も、適用範囲も、構成も限定することを意図していない。そうではなく、例示的な実施形態の以下の説明は１つ以上の例示的な実施形態を実施することを可能にする説明を当業者に提供する。添付の特許請求の範囲に明記されているような開示された主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく要素の機能及び配置に行うことができる様々な変更が意図されている。以下の説明では、実施形態の十分な理解を提供するために、具体的な詳細が与えられる。しかしながら、当業者は、これらの具体的な詳細がなくても実施形態を実施することができることを理解することができる。

例えば、開示された主題におけるシステム、プロセス、及び他の要素は、実施形態を不必要な詳細で不明瞭にしないように、ブロック図形式のコンポーネントとして示される場合がある。それ以外の場合において、既知のプロセス、構造、及び技法は、実施形態を不明瞭にしないように不必要な詳細なしで示される場合がある。さらに、様々な図面における同様の参照符号及び名称は、同様の要素を示す。また、個々の実施形態は、フローチャート、フロー図、データフロー図、構造図、又はブロック図として描かれるプロセスとして説明される場合がある。フローチャートは、動作を逐次的なプロセスとして説明することができるが、これらの動作の多くは、並列又は同時に実行することができる。加えて、これらの動作の順序は、再配列することができる。プロセスは、その動作が完了したときに終了することができるが、論述されない又は図に含まれない追加のステップを有する場合がある。さらに、特に説明される任意のプロセスにおける全ての動作が全ての実施形態において行われ得るとは限らない。プロセスは、方法、関数、手順、サブルーチン、サブプログラム等に対応することができる。プロセスが関数に対応するとき、その関数の終了は、呼び出し側関数又はメイン関数へのその機能の復帰に対応することができる。

さらに、本開示の実施形態及び本明細書において説明された機能動作は、本明細書に開示された構造及びそれらの構造的均等物を含むデジタル電子回路部、有形に具現化されたコンピュータソフトウェア若しくはファームウェア、コンピュータハードウェア、又はそれらのうちの１つ以上のものの組み合わせにおいて実施することができる。さらに、本開示のいくつかの実施形態は、データ処理装置によって実行されるか又はデータ処理装置の動作を制御する１つ以上のコンピュータプログラム、すなわち、有形の非一時的プログラム担体上に符号化されたコンピュータプログラム命令の１つ以上のモジュールとして実施することができる。またさらに、プログラム命令は、データ処理装置による実行のために、適した受信機装置への送信用の情報を符号化するように生成される人工的に生成された伝播信号、例えば、機械によって生成された電気信号、光信号、又は電磁信号において符号化することができる。コンピュータ記憶媒体は、機械可読記憶デバイス、機械可読記憶デバイス基板、ランダムアクセスメモリデバイス若しくはシリアルアクセスメモリデバイス、又はそれらのうちの１つ以上のものの組み合わせとすることができる。

本開示の実施形態によれば、用語「データ処理装置」は、データを処理する全ての種類の装置、デバイス、及び機械を包含することができ、例として、プログラマブルプロセッサ、コンピュータ、又は複数のプロセッサ若しくはコンピュータを含む。装置は、専用論理回路部、例えば、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を備えることができる。装置は、ハードウェアに加えて、問題になっているコンピュータプログラムの実行環境を作り出すコード、例えば、プロセッサファームウェア、プロトコルスタック、データベース管理システム、オペレーティングシステム、又はそれらのうちの１つ以上の組み合わせを構成するコードも有することができる。

コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション、モジュール、ソフトウェアモジュール、スクリプト、又はコードと呼称又は記載される場合もある）は、コンパイラー型言語若しくはインタープリター型言語、又は宣言型言語若しくは手続型言語を含む任意の形態のプログラミング言語で記述することができ、スタンドアローンプログラムとしての形態、又は、モジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくはコンピューティング環境における使用に適した他のユニットとしての形態を含む任意の形態で配備することができる。コンピュータプログラムは、ファイルシステムにおけるファイルに対応する場合があるが、必ずしも対応する必要はない。プログラムは、他のプログラム又はデータ、例えば、マークアップ言語ドキュメントに記憶された１つ以上のスクリプトを保持するファイルの一部分に記憶することもできるし、問題となっているプログラムに専用化された単一のファイルに記憶することもできるし、複数のコーディネートファイル、例えば、１つ以上のモジュール、サブプログラム、又はコード部分を記憶するファイルに記憶することもできる。コンピュータプログラムは、１つのコンピュータ上で実行されるように配備することもできるし、１つのサイトに配置された複数のコンピュータ上で、又は、複数のサイトにわたって分散されて通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されるように配備することもできる。コンピュータプログラムの実行に適したコンピュータは、例として、汎用マイクロプロセッサ若しくは専用マイクロプロセッサ若しくはそれらの双方に基づくことができ、又は他の任意の種類の中央処理装置を含む。一般に、中央処理装置は、リードオンリーメモリ若しくはランダムアクセスメモリ又はそれらの双方から命令及びデータを受け取る。コンピュータの必須素子は、命令を遂行又は実行する中央処理装置と、命令及びデータを記憶する１つ以上のメモリデバイスとである。一般に、コンピュータは、データを含むか、又は、データを記憶する１つ以上のマスストレージデバイス、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、若しくは光ディスクからのデータの受信若しくはそれらへのデータの転送若しくはそれらの双方を行うように作動結合される。ただし、コンピュータは、必ずしもそのようなデバイスを有するとは限らない。その上、コンピュータは、別のデバイスに組み込むことができ、例えば、数例を挙げると、モバイル電話機、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、モバイルオーディオプレーヤ若しくはモバイルビデオプレーヤ、ゲームコンソール、全地球測位システム（ＧＰＳ）受信機、又はポータブル記憶デバイス、例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュドライブに組み込むことができる。

ユーザとのインタラクションを提供するために、本明細書において説明した主題の実施形態は、ユーザに情報を表示するディスプレイデバイス、例えば、ＣＲＴ（陰極線管）モニタ又はＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタと、ユーザがコンピュータに入力を提供することができるキーボード及びポインティングデバイス、例えば、マウス又はトラックボールとを有するコンピュータ上で実施することができる。他の種類のデバイスを用いて、ユーザとのインタラクションを同様に提供することができ、例えば、ユーザに提供されるフィードバックは、任意の形態の感覚フィードバック、例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバックとすることができ、ユーザからの入力は、音響入力、音声入力、又は触覚入力を含む任意の形態で受信することができる。加えて、コンピュータは、ユーザによって用いられるデバイスに文書を送信すること及びこのデバイスから文書を受信することによって、例えば、ウェブブラウザから受信された要求に応答してユーザのクライアントデバイス上のウェブブラウザにウェブページを送信することによって、ユーザとインタラクトすることができる。

本明細書において説明した主題の実施形態は、バックエンドコンポーネントを、例えばデータサーバとして備えるコンピューティングシステム、又はミドルウェアコンポーネント、例えば、アプリケーションサーバを備えるコンピューティングシステム、又はフロントエンドコンポーネント、例えば、ユーザが本明細書において説明した主題の実施態様とインタラクトすることをできるようにするグラフィカルユーザインターフェース又はウェブブラウザを有するクライアントコンピュータを備えるコンピューティングシステム、又は１つ以上のそのようなバックエンドコンポーネント、ミドルウェアコンポーネント、若しくはフロントエンドコンポーネントの任意の組み合わせを備えるコンピューティングシステムにおいて実施することができる。システムのこれらのコンポーネントは、任意の形態又は媒体のデジタルデータ通信、例えば、通信ネットワークによって相互接続することができる。通信ネットワークの例には、ローカルエリアネットワーク（「ＬＡＮ」）及びワイドエリアネットワーク（「ＷＡＮ」）、例えば、インターネットがある。コンピューティングシステムは、クライアント及びサーバを備えることができる。クライアント及びサーバは、一般的に互いにリモートであり、通常、通信ネットワークを通じてインタラクトする。クライアント及びサーバの関係は、それぞれのコンピュータ上で動作するとともに互いにクライアントサーバ関係を有するコンピュータプログラムによって生じる。

Claims (20)

1. 一次アクチュエータのセットと、
   二次アクチュエータのセットと、
   システム出力の一次セットを提供する一次センサのセットと、
   システム出力の二次セットを提供する二次センサのセットと、
   実行可能プログラム及びデータを含むハードウェアメモリと、
   前記システム出力の一次セットを受信し、前記一次アクチュエータのセットのための制御入力の一次セットを生成して、１つ以上のゾーン温度を設定値に調節するとともに、１つ以上の臨界プロセス変数を設定値に調節する、一次コントローラと、
   前記システム出力の二次セットを受信し、全体システム消費電力を最小化するための、制御入力の二次セットを生成する二次コントローラであって、前記二次コントローラは、前記ハードウェアメモリからの実行可能プログラムを用いて、消費電力関数の勾配、前記制御入力の二次セットから前記システム出力の二次セットへの定常状態ゲイン、及び積分アクションを含む補償器を計算する、二次コントローラと、
   を備える、蒸気圧縮システム。
2. 前記システム出力の二次セットのうちのいくつかは、前記一次コントローラからの二次推定値のセットから、又は前記二次センサのセットから得られる、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
3. 前記一次コントローラの設定値のうちのいくつかは、前記二次コントローラの出力として得られる、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
4. 前記一次コントローラの設定値は、ユーザ、環境システム管理システム、又は環境コントローラによって設定される所定の設定値である、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
5. 前記一次コントローラは、Ｈ無限ループシェーピングコントローラである、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
6. 前記Ｈ無限ループシェーピングコントローラは、ゲインスケジューリングされる、請求項５に記載の蒸気圧縮システム。
7. 前記二次センサは、圧縮器吸引圧力、圧縮器吐出圧力、圧縮器速度又は室外ファン速度のうちの１つ又は組み合わせを含む、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
8. 前記一次センサは、ゾーン温度測定値、熱交換器温度測定値又は圧縮器温度測定値のうちの１つ又は組み合わせを含む、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
9. 前記二次アクチュエータは、室外ファン速度、凝縮器過冷温度設定値、蒸発器過熱温度設定値又は圧縮器温度設定値のうちの１つ又は組み合わせを含む、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
10. 前記一次アクチュエータは、圧縮器速度又は電子作動弁コマンドのうちの１つ又は組み合わせを含む、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
11. 前記二次コントローラは、消費電力関数の勾配と、前記制御入力の二次セットから前記システム出力の二次セットへの定常状態ゲインとの間の内積を経時的に積分し、フィードバックゲインを乗算したものに基づいて前記制御入力の二次セットを生成する、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
12. 前記二次コントローラによって実行される前記実行可能プログラムは、前記システム出力の二次セットを用いて、消費電力関数の勾配、前記制御入力の二次セットから前記システム出力の二次セットへの定常状態ゲイン、及び積分アクションを含む補償器を計算する、請求項１に記載の蒸気圧縮システム。
13. 前記積分アクションは、デッドゾーン、アンチワインドアップ又は飽和のうちの１つ又は組み合わせを含む、請求項１２に記載の蒸気圧縮システム。
14. 一次センサのセットから、一次コントローラによってシステム出力の一次セットを受信することであって、前記一次コントローラは、一次アクチュエータのセットのための制御入力の一次セットを生成して、１つ以上のゾーン温度を設定値に調節するとともに、１つ以上の臨界プロセス変数を設定値に調節する、受信することと、
    二次センサのセットから、二次コントローラによってシステム出力の二次セットを受信することであって、前記二次コントローラは、全体システム消費電力を最小化するために二次アクチュエータのセットのための制御入力の二次セットを生成し、前記二次コントローラは、メモリに記憶された実行可能プログラムを用いて、消費電力関数の勾配、前記制御入力の二次セットから前記システム出力の二次セットへの定常状態ゲイン、及び積分アクションを含む補償器を計算する、受信することと、
    出力インターフェースを介して、前記制御入力の二次セットを、前記二次アクチュエータのうちのいくつか、前記一次コントローラへの設定値のうちのいくつかの１つ又は組み合わせに出力して、前記１つ以上のゾーン温度を調節することと、
    を含む、蒸気圧縮システムのための方法。
15. 前記システム出力の二次セットのうちのいくつかは、一次コントローラからの二次推定値のセットから、又は前記二次センサのセットから得られる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記一次コントローラの設定値のうちのいくつかは、前記二次コントローラの出力として得られ、前記一次コントローラの設定値のうちのいくつかは、ユーザ、環境システム管理システム、又は環境コントローラによって設定される所定の設定値である、請求項１４に記載の方法。
17. 前記二次センサは、圧縮器吸引圧力、圧縮器吐出圧力、圧縮器速度又は室外ファン速度のうちの１つ又は組み合わせを含み、前記一次センサは、ゾーン温度測定値、熱交換器温度測定値又は圧縮器温度測定値のうちの１つ又は組み合わせを含む、請求項１４に記載の方法。
18. 前記二次コントローラは、消費電力関数の勾配と、前記制御入力の二次セットから前記システム出力の二次セットへの定常状態ゲインとの間の内積を、経時的に積分し、フィードバックゲインを乗算したものに基づいて前記制御入力の二次セットを生成する、請求項１４に記載の方法。
19. 前記二次コントローラによって実行される前記実行可能プログラムは、前記システム出力の二次セットを用いて、消費電力関数の勾配、前記制御入力の二次セットから前記システム出力の二次セットへの定常状態ゲイン、及び積分アクションを含む補償器を計算し、前記積分アクションは、デッドゾーン、アンチワインドアップ又は飽和のうちの１つ又は組み合わせを含む、請求項１４に記載の方法。
20. 方法を実行するプロセッサによって実行可能なプログラムが具現化された非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記方法は、蒸気圧縮システムのためのものであり、前記方法は、
    入力インターフェースを介して一次センサのセットから、一次コントローラによってシステム出力の一次セットを受信することであって、前記入力インターフェースと通信する前記一次コントローラは、一次アクチュエータのセットのための制御入力の一次セットを生成して、１つ以上のゾーン温度を設定値に調節するとともに、１つ以上の臨界プロセス変数を設定値に調節する、受信することと、
    前記入力インターフェースを介して二次センサのセットから、二次コントローラによってシステム出力の二次セットを受信することであって、前記入力インターフェースと通信する前記二次コントローラは、全体システム消費電力を最小化するための、二次アクチュエータのセットのための制御入力の二次セットを生成し、前記二次コントローラは、メモリに記憶された前記実行可能なプログラムを用いて、消費電力関数の勾配、前記制御入力の二次セットから前記システム出力の二次セットへの定常状態ゲイン、及び積分アクションを含む補償器を計算する、受信することと、
    出力インターフェースを介して、前記制御入力の二次セットを、前記二次アクチュエータのうちのいくつか、又は前記一次コントローラへの設定値のうちのいくつかの１つ又は組み合わせに出力して、前記１つ以上のゾーン温度を調節することと、
    を含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。

Images