TWI604160B - Operation control device and operation control method - Google Patents

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TWI604160B
TWI604160B TW103120900A TW103120900A TWI604160B TW I604160 B TWI604160 B TW I604160B TW 103120900 A TW103120900 A TW 103120900A TW 103120900 A TW103120900 A TW 103120900A TW I604160 B TWI604160 B TW I604160B
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Description

運轉控制裝置及運轉控制方法
本發明係關於一種運轉控制裝置及運轉控制方法。
有一種用以對空調系統等控制對象系統進行運轉控制之系統。例如，於專利文獻1中，揭示有一種中央空調系統，其根據能量消耗函數決定使能量消耗量為最小之最佳控制值，並使用最佳控制值控制空調系統之運轉。於該空調系統中，使用運轉時之測量資料，決定作為能量消耗函數之初始函數形之模式之係數等，藉此決定能量消耗函數。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2006-207929號公報
然而，於專利文獻1之空調系統使用之能量消耗函數係用以求出空調系統整體之能量消耗量之函數。因此，於藉由在空調系統中追加新機器或自空調系統卸除機器，而變更空調系統之構成之情形時，需變更能量消耗函數之初始函數形。該能量消耗函數之初始函數形之變更需要時間及成本。如此，專利文獻1之空調系統中，難以靈活應對空調系統之構成變更。
又，於專利文獻1之空調系統中，係將於某時間點之空調負載狀 況變數等輸入至能量消耗函數，算出空調系統之能量消耗量成為最小之控制值。然而，僅靠某時間點之空調負載狀況變數，有時無法獲得使隨著時間經過之空調系統整體之能量消耗量為最小之最佳控制值。
本發明之一態樣提供一種可靈活應對控制對象系統之構成變化、且可實現消耗電力之進一步降低之運轉控制裝置及運轉控制方法。
本發明之一態樣之運轉控制裝置包括：模式更新部，其根據收集到之環境資訊，更新按空調系統即控制對象系統所含之控制對象機器之種類而準備的消耗電力模式；消耗電力系統構築部，其根據控制對象系統之構成，自藉由模式更新部更新後之消耗電力模式而構築消耗電力系統；算出部，其使用藉由消耗電力系統構築部所構築之消耗電力系統，以控制對象系統之截至運轉結束時刻為止之消耗電力成為最小之方式算出控制對象機器之控制值；及設定部，其將藉由算出部算出之控制值設定於控制對象機器。
本發明之另一態樣之運轉控制方法包括：模式更新步驟，其係根據收集到之環境資訊，更新按空調系統即控制對象系統所含之控制對象機器之種類而準備的消耗電力模式；消耗電力系統構築步驟，其係根據控制對象系統之構成，自於模式更新步驟中更新後之消耗電力模式構築消耗電力系統；算出步驟，其係使用於消耗電力系統構築步驟中構築之消耗電力系統，以控制對象系統之截至運轉結束時刻為止之消耗電力成為最小之方式算出控制對象機器之控制值；及設定步驟，其係將於算出步驟中算出之控制值設定於控制對象機器。
根據此種運轉控制裝置及運轉控制方法，按控制對象系統所含之控制對象機器之種類而準備消耗電力模式，並基於環境資訊更新各消耗電力模式。並且，根據控制對象系統之構成，自消耗電力模式構 築消耗電力系統。因此，即便產生控制對象機器之追加或去除，亦無需重新製作消耗電力模式，可使用變更後之控制對象系統所含之控制對象機器之消耗電力模式構築消耗電力系統。因此，可使與控制對象系統之構成變化相應之消耗電力系統之重組容易化。又，於運轉控制裝置及運轉控制方法中，係使用消耗電力系統，以控制對象系統之截至運轉結束時刻為止之消耗電力成為最小之方式算出控制對象機器之控制值，並將控制值設定於控制對象機器。因此，不僅可使某時間點之消耗電力最小化，且可使控制對象系統之截至運轉結束為止之總消耗電力最小化。其結果，可實現消耗電力之進一步降低。
本發明之又一態樣之運轉控制裝置中，消耗電力系統亦可為包含制約模式之拉格朗日系統，該制約模式係表示控制對象系統中之制約之模式。於此情形時，可滿足由制約模式規定之條件，且可降低消耗電力。
本發明之又一態樣之運轉控制裝置中，制約模式亦可包含熱量變化模式，該熱量變化模式係表示與控制對象系統對於空調對象之熱量變化相關之制約之模式。於此情形時，可滿足由熱量變化模式規定之熱量變化之條件，且可降低消耗電力。
本發明之又一態樣之運轉控制裝置中，制約模式亦可包含機器性能模式，該機器性能模式係表示與控制對象機器之性能相關之制約之模式。於此情形時，可滿足由機器性能模式規定之機器性能之條件，且可降低消耗電力。
本發明之又一之態樣之運轉控制裝置中，算出部亦可以自控制對象系統之運轉開始時刻至運轉結束時刻之消耗電力成為最小之方式動態地算出控制值。於此情形時，使用消耗電力系統，以自控制對象系統之運轉開始時刻至運轉結束時刻之消耗電力成為最小之方式算出控制對象機器之控制值，並將控制值設定於控制對象機器。因此，不 僅可使某時間點之消耗電力最小化，且可使自控制對象系統之運轉開始至運轉結束之運轉期間整體之總消耗電力最小化。其結果，可實現消耗電力之進一步降低。
根據本發明之一態樣，可靈活應對控制對象系統之構成變化且可進一步降低消耗電力。
1‧‧‧運轉控制裝置
2‧‧‧控制對象系統
4‧‧‧冷凍機
5‧‧‧泵
6‧‧‧空調機
7‧‧‧配管
10‧‧‧運轉控制系統
11‧‧‧環境資訊收集部
12‧‧‧環境資訊記憶部
13‧‧‧模式記憶部
14‧‧‧模式更新部
15‧‧‧消耗電力系統構築部
16‧‧‧控制值算出部(算出部)
17‧‧‧控制值設定部(設定部)
20‧‧‧房間
41‧‧‧壓縮機
42‧‧‧冷凝器
43‧‧‧膨脹閥
44‧‧‧蒸發器
45‧‧‧冷媒管路
46‧‧‧冷凍水入口
47‧‧‧冷凍水出口
61‧‧‧熱交換器
62‧‧‧吸入口
63‧‧‧吹出口
101‧‧‧CPU
102‧‧‧RAM
103‧‧‧ROM
104‧‧‧輔助記憶裝置
105‧‧‧通信裝置
106‧‧‧輸入裝置
107‧‧‧輸出裝置
Iwot‧‧‧冷凍水出口溫度(控制值)
NW‧‧‧網路
Vt‧‧‧流量(控制值)
圖1係概略性地表示一實施形態之運轉控制系統之構成之圖。
圖2係概略性地表示圖1之控制對象系統之構成之圖。
圖3係概略性地表示圖1之運轉控制裝置之硬體構成之圖。
圖4係概略性地表示圖1之運轉控制裝置之功能構成之方塊圖。
圖5係表示圖1之運轉控制裝置之動作之一例之流程圖。
以下，參照隨附圖式詳細說明本發明之實施形態。再者，於圖式之說明中對相同或相當之元件標註相同符號，並省略重複之說明。
圖1係概略性地表示一實施形態之運轉控制系統之構成之圖。如圖1所示，運轉控制系統10係包括運轉控制裝置1與控制對象系統2，且進行控制對象系統2之運轉控制之系統。運轉控制裝置1與控制對象系統2例如經由網路NW可通信地連接。該網路NW亦可由有線及無線之任一者構成。網路NW例如為有線LAN(Local Area Network，區域網路)、無線LAN等網路。
控制對象系統2係包含藉由運轉控制裝置1進行運轉控制之機器(以下稱為「控制對象機器」)之系統。控制對象系統2例如為使用冷凍水調整成為空調對象之房間20之室內溫度之空調系統，其包括冷凍機4、泵5、空調機6及配管7。
圖2係概略性地表示控制對象系統2之構成之圖。如圖2所示，冷 凍機4係用以冷卻控制對象系統2中循環之冷凍水之裝置。冷凍機4例如使用冷媒對冷凍水進行冷卻。作為冷媒，係使用容易因壓縮而變得高溫及高壓之物質，例如使用氟氯碳化物(R22、R410等)。冷凍機4例如包括壓縮機41、冷凝器42、膨脹閥43、蒸發器44、冷媒管路45、冷凍水入口46、及冷凍水出口47。
壓縮機(compressor)41係壓縮常溫及常壓之冷媒，產生高溫及高壓之冷媒之裝置。壓縮機41自運轉控制裝置1接收用以設定冷凍水出口溫度之控制指示，根據冷凍水出口溫度控制要壓縮之冷媒之量而控制冷媒之溫度及壓力。冷凍水出口溫度係於冷凍水出口47之冷凍水之溫度。壓縮機41將經壓縮之冷媒輸送至冷凝器42。再者，被壓縮之冷媒之量越多，壓縮機41之消耗電力越上升。
冷凝器42係進行藉由壓縮機41產生之高溫及高壓之冷媒與外部氣體之熱交換之裝置。冷凝器42將熱交換後之冷媒輸送至膨脹閥43。膨脹閥43係藉由使利用冷凝器42經熱交換之冷媒膨脹，而降低冷媒之壓力及溫度之裝置。膨脹閥43將膨脹後之冷媒輸送至蒸發器44。蒸發器44係進行藉由膨脹閥43膨脹之冷媒與冷凍水之熱交換之裝置。蒸發器44將熱交換後之冷媒輸送至壓縮機41。
冷媒管路45係供冷媒通過之管。冷媒管路45設置於壓縮機41與冷凝器42之間、冷凝器42與膨脹閥43之間、膨脹閥43與蒸發器44之間、及蒸發器44與壓縮機41之間，使冷媒依序於壓縮機41、冷凝器42、膨脹閥43及蒸發器44中循環。冷凍水入口46係自空調機6返回之冷凍水之入口，將冷凍水供給至蒸發器44。冷凍水出口47係藉由蒸發器44冷卻之冷凍水之出口，將冷卻之冷凍水送出至空調機6。
此種構成之冷凍機4例如自運轉控制裝置1接收用以設定冷凍水出口溫度之控制指示，將於冷凍水出口47之冷凍水之溫度冷卻至自運轉控制裝置1接收之冷凍水出口溫度。具體而言，藉由壓縮機41壓縮 與自運轉控制裝置1接收之冷凍水出口溫度對應之量之常溫及常壓之冷媒，使其成為高溫及高壓之冷媒。高溫及高壓之冷媒於冷凝器42與外部氣體進行熱交換，冷媒之一部分之熱被外部氣體帶走。並且，於冷凝器42被熱交換後之冷媒藉由膨脹閥43膨脹，成為低溫及低壓之冷媒。繼而，低溫及低壓之冷媒於蒸發器44與自冷凍水入口46供給之冷凍水進行熱交換，帶走冷凍水之熱。熱被帶走後之冷凍水自冷凍水出口47被送出至空調機6。此時，冷凍水出口47之冷凍水之溫度成為自運轉控制裝置1接收之冷凍水出口溫度。另一方面，於蒸發器44被熱交換後之冷媒藉由壓縮機壓縮機41再次被壓縮。
泵5係用以循環冷凍水之裝置。泵5例如包括電動機及變頻器，藉由擠出冷凍水對冷凍水提供動力。泵5自運轉控制裝置1接收用以設定變頻器之頻率之控制值(例如電流值)，並基於控制值設定變頻器之頻率。泵5藉由變更變頻器之頻率，控制電動機之轉數，改變冷凍水之流速(每單位時間之流量)。
空調機6係用以使用冷凍水冷卻房間20之室內之空氣之裝置，例如為FCU(Fan Coil Unit，風機盤管裝置)。空調機6例如設置於房間20之天花板。空調機6例如包括熱交換器61、吸入口62、及吹出口63。
熱交換器61係進行藉由吸入口62吸入之房間20之室內之空氣與自冷凍機4送出之冷凍水之熱交換之熱交換器。熱交換器61例如具有管道管，於管道管中流動冷凍水。吸入口62係吸入房間20之室內之空氣之部分。吹出口63係將藉由熱交換器61冷卻之空氣吹出至房間20之室內之部分。空調機6進而具有風機。
空調機6中，藉由風機旋轉，吸入口62吸入房間20之室內之空氣。並且，自吸入口62吸入之空氣於熱交換器61之管道管表面與冷凍水之間進行熱交換而被冷卻。然後，經冷卻之空氣自吹出口63返回至房間20之室內。再者，此例中，因風機之旋轉速度為固定，故吸入口 62之吸入量及吹出口63之吹出量為固定。
配管7係供冷凍水流通之管。配管7例如設置於冷凍機4與泵5之間、泵5與空調機6之間、及空調機6與冷凍機4之間，使冷凍水依序於冷凍機4、空調機6、及泵5中循環。冷凍水藉由泵5被賦予動力，在配管7中循環。冷凍水於冷凍機4經冷卻後，於空調機6與房間20之室內之空氣進行熱交換。並且，經熱交換之冷凍水返回至冷凍機4再次被冷卻。
於控制對象系統2，設有用以取得各種環境資訊之感測器。於冷凍機4，例如設有用以取得外部氣體溫度之感測器、用以取得冷凍水入口46之冷凍水之溫度之感測器、用以取得冷凍水出口47之冷凍水之溫度之感測器、及用以取得冷凍機4之輸入功率的感測器等。於泵5例如設有用以取得循環之冷凍水之流量之感測器、及用以取得泵5之輸入功率之感測器等。
於空調機6，例如設有用以取得吸入口62之空氣之溫度及濕度之感測器、用以取得吹出口63之空氣之溫度及濕度之感測器、及用以取得空調機6之輸入功率之感測器等。又，於空調機6，亦可設有用以取得自吹出口63吹出之空氣之風量之感測器。於房間20，設有用以取得室內之溫度及濕度之感測器、及用以取得室外之外部氣體溫度之感測器。又，於房間20，亦可設有用以取得室內之壓力之感測器。
於冷凍機4、泵5、空調機6及房間20之各者，設有用以測量時間之計時器。由各感測器所取得之環境資訊係與表示取得各環境資訊之時間之時間資訊一併經由網路NW被發送至運轉控制裝置1。
返回至圖1中，繼續說明運轉控制系統10。運轉控制裝置1係基於自控制對象系統2所取得之環境資訊對控制對象系統2之控制對象機器進行控制之裝置。運轉控制裝置例如包含伺服器裝置等資訊處理裝置。
圖3係概略性地表示運轉控制裝置1之硬體構成之圖。如圖3所示，運轉控制裝置1例如物理性地包含CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)101、RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)102、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)103、輔助記憶裝置104、通信裝置105、輸入裝置106、及輸出裝置107等硬體。RAM102為主記憶裝置。輔助記憶裝置104例如為硬碟。通信裝置105為資料收發裝置，例如網路卡。輸入裝置106例如為滑鼠、觸控板及鍵盤等。輸出裝置107例如為顯示器。
運轉控制裝置1係藉由將特定之電腦程式讀至RAM102等硬體上，基於CPU101之控制而使通信裝置105、輸入裝置106及輸出裝置107等動作，且進行RAM102及輔助記憶裝置104中之資料之讀出及寫入。藉此，運轉控制裝置1實現後述之運轉控制裝置1之各功能。以下對運轉控制裝置1之各功能進行說明。
圖4係概略性地表示運轉控制裝置1之功能構成之方塊圖。如圖4所示，運轉控制裝置1包括環境資訊收集部11、環境資訊記憶部12、模式記憶部13、模式更新部14、消耗電力系統構築部15、控制值算出部16(算出部)、及控制值設定部17(設定部)。
環境資訊收集部11具有一併接收藉由設於控制對象系統2之各種感測器所取得之環境資訊、與表示取得各環境資訊之時間之時間資訊之功能。環境資訊收集部11例如以週期T1自各種感測器接收環境資訊。週期T1例如為1秒左右。環境資訊收集部11將各環境資訊與表示取得各環境資訊之時間之時間資訊建立對應而儲存於環境資訊記憶部12。
環境資訊記憶部12具有記憶藉由環境資訊收集部11接收到之環境資訊之功能。環境資訊記憶部12將各環境資訊與表示取得各環境資訊之時間之時間資訊建立對應而記憶。
作為關於冷凍機4之環境資訊，例如有外部氣體溫度、冷凍水入口46之冷凍水之溫度、冷凍水出口47之冷凍水之溫度及冷凍機4之輸入功率等。作為關於泵5之環境資訊，例如有藉由泵5而循環之冷卻水之流量及泵5之輸入功率等。作為與空調機6相關之環境資訊，例如有吸入口62之空氣之濕度及溫度、以及吹出口63之空氣之濕度及溫度等。又，作為與空調機6相關之環境資訊，亦可包含風量。作為與房間20相關之環境資訊，有室內之濕度、室內之溫度及外部氣體溫度。又，作為與房間20相關之環境資訊，亦可包含室內之氣壓。
模式記憶部13具有記憶預先準備之物理模式之功能。物理模式係表示各控制對象機器及空調對象之房屋等之特定物理量之模擬模式。於物理量為不隨時間變化之固定值之情形時，其物理模式不包含參數。於物理量隨時間變化之情形時，其物理模式包含參數。各參數例如藉由模式更新部14而定期地被更新。於模式記憶部13記憶之物理模式，例如包含消耗電力模式與熱模式。消耗電力模式係按控制對象系統2所含之控制對象機器之種類而設定。熱模式係相對於空調對象之房間20及空調機6而設定。以下，對各模式之詳細情況進行說明。
(冷凍機4之物理模式)
於冷凍機4中，藉由壓縮機41壓縮冷媒，被壓縮之冷媒藉由冷凝器42與外部氣體進行熱交換。時刻t之冷凝器42之熱交換量係由冷凝器42之熱交換係數α1、壓縮機41之熱交換係數α2、時刻t之冷凍機4之輸入功率(消耗電力)At、及時刻t之外部氣體溫度temot而規定。熱交換係數α1例如根據與冷凝器42之外部氣體接觸之面積而規定。又，熱交換係數α1及α2均大於0。即，於時刻t，藉由冷凝器42帶走之冷媒之熱量係由以下之式(1)表示。
[數1]
其中，輸入功率At之單位為A(安培)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)；熱交換係數α1之單位為KJ(千焦耳)，熱交換係數α2之單位為℃/A(度/安培)。
於式(1)，熱交換係數α2與輸入功率At之乘積係表示藉由壓縮機41壓縮後之冷媒之溫度。因此，於時刻t，輸入功率At越大則冷媒越變得高溫及高壓。並且，因冷媒之溫度與外部氣體溫度temot(℃)之差變大，故熱交換率變大。另一方面，即便時刻t之外部氣體溫度temot極小之情形時，亦可獲得較高之熱交換率。
經由冷凝器42後之冷媒之熱量係藉由自進入冷凝器42之前之冷媒之熱量減去利用冷凝器42帶走的冷媒之熱量而求出。即，於時刻t，經由冷凝器42後之冷媒之熱量係使用壓縮機41之熱交換係數β，而由以下之式(2)表示。
[數2]β×A t -α 1×(α 2×A t -temo t )...(2)
其中，輸入功率At之單位為A(安培)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)；熱交換係數β之單位為KJ/A(千焦耳/安培)，熱交換係數α1之單位為KJ(千焦耳)，熱交換係數α2之單位為℃/A(度/安培)。
式(2)之第一項(熱交換係數β與輸入功率At之乘積)表示進入冷凝器42之前之冷媒之熱量。再者，進入壓縮機41之冷媒熱量係由冷媒之 絕對量決定，故輸入功率At越大則越多之冷媒被壓縮且熱量亦越變大。
其次，藉由冷凝器42經熱交換之冷媒利用膨脹閥43膨脹。冷媒之量越多則膨脹閥43之開度θ變大，以減小冷媒之壓力。因此，冷媒之溫度下降。即，於時刻t，經由膨脹閥43後之冷媒之溫度係由以下之式(3)表示。
其中，輸入功率At之單位為A(安培)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)，開度θ之單位為KJ/A(千焦耳/安培)；熱交換係數β之單位為KJ/A(千焦耳/安培)，熱交換係數α1之單位為KJ(千焦耳)，熱交換係數α2之單位為℃/A(度/安培)。
藉由整理式(3)獲得以下之式(4)。
其中，輸入功率At之單位為A(安培)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)，開度θ之單位為KJ/A(千焦耳/安培)；熱交換係數β之單位為KJ/A(千焦耳/安培)，熱交換係數α1之單位為KJ(千焦耳)，熱交換係數α2之單位為℃/A(度/安培)。
其次，藉由膨脹閥43膨脹之冷媒利用蒸發器44與冷凍水進行熱交換。該熱交換量係由利用膨脹閥43膨脹之冷媒之溫度(式(4))、冷凍水入口溫度Iwit、及蒸發器44之熱交換係數η而規定。再者，冷凍水入口溫度Iwit係於時刻t自冷凍水入口46進入至冷凍機4之冷凍水之溫度。熱交換係數η係由蒸發器44之材質、以及與冷凍水之接觸面積及接觸壓力而規定。又，接觸壓力係由冷凍水之流量Vt、以及冷媒之溫度及壓力而規定。即，於時刻t，藉由蒸發器44帶走之冷凍水之熱量由以下之式(5)表示。
其中，冷凍水入口溫度Iwit之單位為℃(度C)，輸入功率At之單位為A(安培)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)。
藉由覆寫式(5)獲得以下之式(6)。
其中，冷凍水入口溫度Iwit之單位為℃(度C)，輸入功率At之單位為A(安培)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)。
式(6)表示於時刻t於冷凍機4與冷凍水之間進行熱交換之熱量。因此，藉由自進入冷凍機4之前之冷凍水熱量減去式(6)，求出時刻t之冷凍水出口溫度Iwot。即，於時刻t，自冷凍水溫度之冷凍水入口46之冷凍水入口溫度Iwit朝冷凍水出口47之冷凍水出口溫度Iwot之變化係 由以下之式(7)表示。
其中，流量Vt為L(公升)或KG(公斤)，冷凍水入口溫度Iwit之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，輸入功率At之單位為A(安培)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)。
藉由以冷凍水之冷凍量成為被說明變數之方式整理式(7)獲得以下之式(8)。
其中，流量Vt為L(公升)或KG(公斤)，冷凍水入口溫度Iwit之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，輸入功率At之單位為A(安培)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)。
此處，理論上，輸入功率At大於0係指冷凍機4運轉。然而，考慮到感測器之檢測誤差等，亦可附加輸入功率At大於1kW之條件。即，於輸入功率At為1kW以下之情形時，亦可判斷為冷凍機4不運轉。於此情形時，冷凍水入口溫度Iwit等於冷凍水出口溫度Iwot。
根據式(8)獲得如以下之冷凍機4之運轉特性。即，於外部氣體溫度temot、冷凍水之流量Vt及冷凍水入口溫度Iwit為固定之情形時，輸入功率At越大則冷凍水出口溫度Iwot越小。又，於輸入功率At、冷凍水之流量Vt及冷凍水入口溫度Iwit為固定之情形時，外部氣體溫度 temot越大則冷凍水出口溫度Iwot越大。進而，於冷凍水入口溫度Iwit、冷凍水出口溫度Iwot及外部氣體溫度temot固定之情形時，藉由使冷凍水之流量Vt變大而增加輸入功率At。再者，輸入功率At之增加為單調遞增且被限於冷凍機4之能力範圍。
於式(8)，冷凍水入口溫度與冷凍水出口溫度之差(Iwit-Iwot)、外部氣體溫度temot、輸入功率At及流量Vt等可藉由設置於冷凍機4之感測器取得。因此，使用時刻t之誤差εt，可定義由以下之式(9)所示之回歸方程式。
其中，冷凍水入口溫度Iwit之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，輸入功率At之單位為A(安培)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)，流量Vt為L(公升)或KG(公斤)。
藉由整理式(9)，時刻t之冷凍機4之輸入功率At由以下之式(10)表示。該式(10)為冷凍機4之消耗電力模式。式(10)滿足冷凍機4對冷凍水之冷卻效果隨著輸入功率At變大而遞減之物理特性。
[數10]
其中，冷凍水入口溫度Iwit之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，輸入功率At之單位為A(安培)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)，流量Vt為L(公升)或KG(公斤)。
(泵5之物理模式)
泵5中，時刻t之冷凍水之流量Vt與時刻t之泵5之輸入功率(消耗電力)PAt之關係具有如以下之特性。即，若泵5之輸入功率PAt之頻率下降1Hz，則流量Vt減少1/50(2%)。又，若泵5之輸入功率PAt之頻率下降1Hz，則相對於全速運轉時之消耗電力KW，輸入功率PAt僅以(1-((50-1)/50)3)之比率減少。根據以上之特性，時刻t之泵5之輸入功率PAt與冷凍水之流量Vt之關係使用全速運轉時之消耗電力KW及全速運轉時之流量Vf，由式(11)表示。該式(11)為泵5之消耗電力模式。
其中，輸入功率PAt之單位為A(安培)，消耗電力KW之單位為KW(千瓦特)，流量Vt之單位為L(公升)或KG(公斤)，流量Vf之單位為L(公升)或KG(公斤)。
於式(11)，流量Vt、全速運轉時之流量Vf及全速運轉時之消耗電力KW可藉由設置於泵5之感測器取得。因此，時刻t之泵5之輸入功率PAt可使用式(11)唯一地算出。
(空調機6之物理模式)
時刻t之空調機6之熱交換量(製冷量)Ct係由空調機6之熱交換係數 ψ及熱交換係數ξ、時刻t之冷凍水之流量Vt、時刻t之冷凍水出口溫度Iwot、以及時刻t之房間20之循環空氣之溫度即室內溫度temit而規定。即，時刻t之空調機6之熱交換量Ct由以下之式(12)表示。再者，熱交換係數ψ係由冷凍水之流量而規定之熱交換係數，熱交換係數ξ係由於空調機6進行房間20之循環空氣與冷凍水之熱交換之面積而規定之熱交換係數。
[數12]C t =ψ×V t ×ξ×(temi t -Iwo t )=ρ×V t ×(temi t -Iwo t )...(12)ρ=ψ×ξ
其中，熱交換量Ct之單位為KJ(千焦耳)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，室內溫度temit之單位為℃(度C)，流量Vt為L(公升)或KG(公斤)；熱交換係數ψ及熱交換係數ξ並無單位。
因此，使用時刻t之誤差εt，可定義以下之回歸方程式(13)。該式(13)為空調機6之熱交換量(製冷量)模式。
[數13]C t =ρ×V t ×(temi t -Iwo t )+ε t ...(13)
其中，熱交換量Ct之單位為KJ(千焦耳)，誤差εt之單位為KJ(千焦耳)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，室內溫度temit之單位為°C(度C)，流量Vt為L(公升)或KG(公斤)。
空調機6以固定速度運轉且一直運轉。因此，時刻t之空調機6之輸入功率(消耗電力)FAt由以下之式(14)表示。該式(14)為空調機6之消耗電力模式。
[數14]FA t =FA...(14)
其中，輸入功率FAt之單位為KW(千瓦特)，輸入功率FA之單位為KW(千瓦特)。
此例中，如式(14)所示，空調機6之輸入功率FAt為固定值FA。固定值FA可藉由設置於空調機6之電力感測器取得。固定值FA亦可作為空調機6之額定電力。
(房間20之物理模式)
於自時刻t-1過渡至時刻t時之房間20之熱量變化△Qt係由於時刻t進入房間20之室內之熱量及於房間20之室內新產生之熱量Qit、以及於時刻t輸送至房間20之室內之製冷量Qot而規定。即，房間20之熱量變化△Qt由以下之式(15)表示。
[數15]△Q t =Qi t -Qo t ...(15)Qo t =C t
其中，熱量Qit之單位為KJ(千焦耳)，製冷量Qot之單位為KJ(千焦耳)，熱交換量Ct之單位為KJ(千焦耳)。
若時刻t之房間20熱量變化△Qt大於0，則房間20之室內溫度上升。若時刻t之房間20之熱量變化△Qt小於0，則房間20之室內溫度下降。若時刻t之房間20之熱量變化△Qt等於0，則房間20之室內溫度無變化，維持時刻t-1之房間20之室內溫度。
此處，可將自時刻t-1起在時刻t於房間20產生之熱量Qit分成輻 射熱、對流熱、及室內之發熱之3要素而考慮。輻射熱係因外部之熱經由房間20之建築物依照導熱法則將熱傳導至房間20之室內而產生。對流熱係因房間20之室內之空氣之一部分被釋放至外部，且外部之新鮮空氣被吸入至房間20之室內而產生。發熱係因房間20之室內之人及電氣設備等而產生。
因此，自時刻t-1起在時刻t於房間20產生之熱量Qit係由時刻t之房間20之室外之空氣之熱量iot、時刻t-1(即，時刻t之開始時間)之房間20之室內之空氣之熱量iit-1、時刻t-1之房間20之建築物之包圍構造(例如牆壁、窗戶、屋頂等)之溫度tembt-1、及時刻t-1之房間20之室內溫度temit-1而規定。即，熱量Qit由以下之式(16)所示。
[數16]Qi t =μ 1+μ 2×(io t -ii t-1)+μ 3×(temb t-1+μ 4×(temo t -temb t-1)-temi t-1)...(16)
其中，熱量Qit之單位為KJ(千焦耳)，熱量iot之單位為KJ(千焦耳)，熱量iit之單位為KJ(千焦耳)，溫度tembt-1之單位為℃(度C)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)，室內溫度temit-1之單位為℃(度C)；參數μ1~μ4係欲由回歸方程式求取之值，並無單位。
式(16)之右邊第1項表示房間20之室內之發熱。參數μ1表示藉由房間20之室內之人及電氣設備等產生之熱量。例如於房間20為大樓或工廠等之情形時，估計一旦引進設備便幾乎不會變更。又，估計房間20之室內工作人員及操作員之人數每日無較大變動。因此，參數μ1亦可為固定值。再者，參數μ1亦可為時間變數。
式(16)之右邊第2項表示對流熱。參數μ2表示相對於房間20之室內之空氣整體之比率。若房間20之室內之空氣之壓力為固定，則自房間20之室外進入至室內之新鮮空氣之量與自房間20之室內釋放至室外 之空氣之量相同。因此，對流熱之熱量之絕對量係由建築物之包圍構造及換氣能力等因素唯一地規定，估計不隨時間變化。因此，參數μ2亦可為固定值。
式(16)之右邊第3項表示輻射熱。參數μ3表示對流熱量之參數。參數μ4表示輻射熱量之參數。房間20內之輻射熱之傳導路徑考慮為如以下過程：首先，房間20之室外之空氣與建築物之包圍構造進行熱交換，然後建築物之包圍構造將熱量傳導至房間20之室內之空氣。
其次，藉由展開式(16)之右邊第3項獲得以下之式(17)。
[數17]μ 3×(temb t-1+μ 4×(temo t -temb t-1)-temi t-1)=μ 3×(1-μ 4)×temb t-1+μ 3×μ 4×temo t -μ 3×temi t-1...(17)
其中，溫度tembt-1之單位為℃(度C)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)，室內溫度temit-1之單位為℃(度C)；參數μ1~μ4係欲由回歸方程式求取之值，並無單位。
藉由將式(17)代入式(16)獲得以下之式(18)。
[數18]Qi t =μ 1+μ 2×(io t -ii t-1)+μ 3×(1-μ 4)×temb t-1+μ 3×μ 4×temo t -μ 3×temi t-1...(18)
其中，熱量Qit之單位為KJ(千焦耳)，熱量iot之單位為KJ(千焦耳)，熱量iit之單位為KJ(千焦耳)，溫度tembt-1之單位為℃(度C)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)，室內溫度temit-1之單位為℃(度C)；參數μ1~μ4係欲由回歸方程式求取之值，並無單位。
另一方面，藉由將式(16)之時刻返回一個單位獲得以下之式(19)。
[數19]Qi t-1=μ 1+μ 2×(io t-1-ii t-2)+μ 3×(1-μ 4)×temb t-2+μ 3×μ 4×temo t-1-μ 3×temi t-2...(19)
其中，熱量Qit-1之單位為KJ(千焦耳)，熱量iot-1之單位為KJ(千焦耳)，熱量iit-2之單位為KJ(千焦耳)，溫度tembt-2之單位為℃(度C)，外部氣體溫度temot-1之單位為℃(度C)，室內溫度temit-2之單位為℃(度C)；參數μ1~μ4係欲由回歸方程式求取之值，並無單位。
針對時刻t-2之建築物之包圍構造之溫度tembt-2解出式(19)，獲得以下之式(20)。該式(20)為房間20之建築物之包圍構造之溫度模式。
[數20]temb t-2=g(．)=(Qi t-1-μ 1-μ 2×(io t-1-ii t-2)-μ 3×μ 4×temo t-1+μ 3×temi t-2)/(μ 3×(1-μ 4))...(20)
其中，熱量Qit-1之單位為KJ(千焦耳)，熱量iot-1之單位為KJ(千焦耳)，熱量iit-2之單位為KJ(千焦耳)，溫度tembt-2之單位為℃(度C)，外部氣體溫度temot-1之單位為℃(度C)，室內溫度temit-2之單位為℃(度C)；參數μ1~μ4係欲由回歸方程式求取之值，並無單位。
式(20)中，可觀察到時刻t-1之房間20內產生之熱量Qit-1，且其他說明變數亦可藉由感測器取得。因此，式(20)可藉由線性回歸算出。因自時刻t-1至時刻t，建築物之包圍構造之溫度tembt-1主要根據外部氣體溫度及室內溫度之變化而變化，故依然由外部氣體溫度及室內溫度之溫度差與熱交換面積(建築物之包圍構造、牆壁、屋頂、窗戶等之面積)而規定。即，建築物之包圍構造之溫度tembt-1由以下 之式(21)表示。
[數21]temb t-1=τ 1×(temo t -g(．))+τ 2×(g(．)-temi t )+g(．)...(21)
其中，溫度tembt-1之單位為℃(度C)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)，室內溫度temit之單位為℃(度C)；參數τ 1~τ 2係欲由回歸方程式求取之值，並無單位。
藉由將式(21)變形，獲得以下之式(22)。
[數22]temb t-1=τ 1×temo t -τ 2×temi t +τ 3×g(．)...(22)τ 3=1+τ 2-τ 1
其中，溫度tembt-1之單位為℃(度C)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)，室內溫度temit之單位為℃(度C)；參數τ 1~τ 3係欲由回歸方程式求取之值，並無單位。
藉由將式(22)代入式(16)並進行整理而獲得以下之回歸方程式(23)。該式(23)為房間20之熱量模式。
[數23]Qi t =v 0+v 1×Qi t-1+v 2×(io t -ii t-1)+v 3×(io t -ii t-2)+v 4×temi t +v 5×temi t-1+v 6×temi t-2+v 7×temo t +v 8×temo t-1+ε t ...(23)v 0=μ 1×(1-τ 3) v 1=τ 3 v 2=μ 2 v 3=τ 3×μ 2 v 4=μ 3×(1-μ 4)×τ 3 v 5=μ 3 v 6=τ 3×μ 3 v 7=τ 1×μ 3×(1-μ 4)×μ 3 v 8=τ 4×μ 4
其中，熱量Qit、Qit-1之單位為KJ(千焦耳)，熱量iit-1、iit-2之單位為KJ(千焦耳)，熱量iot之單位為KJ(千焦耳)，室內溫度temit、temit-1之單位為℃(度C)，外部氣體溫度temot、temot-1之單位為℃(度C)；參數τ 1~τ 4及參數μ1~μ4係欲由回歸方程式求取之值，並無單位。
於式(23)，在時刻t之開始之時間點，右邊之全部之說明變數可藉由感測器取得，或者可利用環境資訊算出。因此，因式(23)滿足統計推定之條件，可推定參數v 0~v 8。
模式更新部14具有更新記憶於模式記憶部13之物理模式之功能。模式更新部14藉由將記憶於模式記憶部13之物理模式之參數之值以週期T2定期地推定且更新，而更新物理模式。週期T2例如為週期T1以上。模式更新部14使用記憶於環境資訊記憶部12之環境資訊，推定物理模式之參數之值。模式更新部14使用於進行更新之時刻以前取得之環境資訊之一部分或全部來推定物理模式之參數之值。模式更新部14例如利用統計學，藉由應用約束最小二乘法進行參數之值之推定。再者，環境變化與設備運轉之資訊越多則參數之值之推定精度越高。
若具體說明，則模式更新部14使用記憶於模式記憶部13之回歸方程式(10)、及記憶於環境資訊記憶部12之環境資訊而推定參數κ1、κ2、κ3之值。用於該推定之環境資訊係與藉由感測器等取得之冷凍水 入口溫度與冷凍水出口溫度之差(Iwit-Iwot)、外部氣體溫度temot、輸入功率At、及流量Vt等相關之環境資訊。制約條件為冷凍水入口溫度Iwit及冷凍水出口溫度Iwot大於0且冷凍水入口溫度Iwit大於冷凍水出口溫度Iwot。
模式更新部14使用記憶於模式記憶部13之回歸方程式(13)、及記憶於環境資訊記憶部12之環境資訊而推定參數ρ之值。此處，空調機6之熱交換量Ct可藉由吸入口62之空氣之溫度、及吹出口63之空氣之溫度算出。又，使用與冷凍水出口溫度Iwot、房間20之室內溫度temit、及流量Vt等相關之環境資訊。因此，模式更新部14藉由回歸分析推定參數ρ之值，將回歸方程式(13)公式化。
同樣地，模式更新部14使用記憶於模式記憶部13之式(20)、及記憶於環境資訊記憶部12之環境資訊而推定參數μ1~μ4之值。又，模式更新部14使用記憶於模式記憶部13之式(23)、及記憶於環境資訊記憶部12之環境資訊而推定參數v 0~v 8之值。
消耗電力系統構築部15具有根據控制對象系統2之構成使用藉由模式更新部14更新之物理模式構築消耗電力系統之功能。所謂消耗電力系統，係指表示用以使控制對象系統2之截至運轉結束為止之總消耗電力最小化之控制對象系統2之消耗電力之模擬模式，包含與控制對象系統2之構成相應之消耗電力模式。消耗電力系統構築部15例如以週期T3定期地構築消耗電力系統。該週期T3例如為週期T1以上。消耗電力系統構築部15預先記憶表示控制對象系統2之構成之構成資訊。該構成資訊例如根據控制對象系統2之物理構成之變更(例如控制對象機器之追加、去除、配管之改造等)由管理者進行變更。消耗電力系統構築部15亦可根據構成資訊之變更構築消耗電力系統。
此處，自冷凍水出口47送出之冷凍水於空調機6與房間20之室內之空氣進行熱交換。並且，冷凍水吸收房間20之室內之空氣之熱量而 返回至冷凍水入口46。即，藉由將時刻t吸收之熱量加入至時刻t之冷凍水出口溫度Iwot，而成為時刻t+1之冷凍水入口溫度Iwit+1。即，時刻t+1之冷凍水入口溫度Iwit+1由以下之式(24)表示。
[數24]Iwi t+1=(4.2×V t ×Iwo t +C t )/(4.2×V t )=(4.2×Iwo t +ρ×(temi t -Iwo t ))/4.2...(24)
其中，冷凍水入口溫度Iwit+1之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，流量Vt之單位為L(公升)或KG(公斤)，室內溫度temit之單位為℃(度C)，熱交換量Ct之單位為KJ(千焦耳)。
藉由利用時刻t之冷凍水出口溫度Iwot對式(24)進行微分，獲得以下之式(25)。
其中，冷凍水入口溫度Iwit+1之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)。
式(25)表示若將時刻t之冷凍水出口溫度Iwot增加一單位，則對時刻t+1之冷凍水入口溫度Iwit+1帶來何種程度之溫度上升。如此，於時刻t之開始，因熱量根據時間之變化進入房間20之室內，故若不進行空調則環境發生變化。因此，為了即便有熱量之變化亦維持時刻t-1之環境而需算出必需之製冷量。因此，運轉控制裝置1中，為了於控制對象系統2運轉之整個期間使消耗電力降低，使用約束拉格朗日系統。
消耗電力系統構築部15例如作為消耗電力系統構築約束拉格朗日系統。消耗電力系統構築部15例如使用拉格朗日乘數q，構築由以下之式(26)表示之約束拉格朗日系統。
其中，輸入功率At之單位為A(安培)，輸入功率PAt之單位為A(安培)，輸入功率FAt之單位為A(安培)，熱量Qit之單位為KJ(千焦耳)，熱交換量Ct之單位為KJ(千焦耳)。
式(26)之右邊第1項之括弧內表示時刻t之控制對象系統2之消耗電力。此例中，控制對象系統2包括一個冷凍機4、一個泵5、及一個空調機6。因此，時刻t之控制對象系統2之消耗電力由冷凍機4之輸入功率At、泵5之輸入功率PAt、及空調機6之輸入功率FAt之和表示。式(26)之右邊第2項表示制約模式。所謂制約模式，係指表示於控制對象系統2之制約之模式。此例中，制約模式為熱量變化模式，表示時刻t之製冷量必須等於時刻t產生之新的熱量或應該除去之熱量。所謂熱量變化模式，係指表示控制對象系統2對於空調對象(此例中，房間20)之熱量變化之制約之模式。
如此，式(26)表示藉由選擇時刻t之冷凍水出口溫度Iwot及流量Vt，使時刻t之製冷量等於時刻t產生之新的熱量或應該帶走之熱量，並且使自時刻t0至時刻T為止之控制對象系統2之消耗電力之總和最小化。時刻t0例如為於運轉控制裝置1算出控制值之當下之時刻。時刻t0亦可為控制對象系統2之運轉開始時刻。又，時刻T為控制對象系統2之運轉結束時刻。於控制對象系統2無限期運轉之情形時，時刻T成為 無窮大。
再者，制約模式亦可被設定為房間20之室內溫度藉由運轉控制裝置1達到設定之室內目標溫度，時刻t之製冷量(熱交換量)Ct與時刻t產生之新的熱量Qit之差為最大。又，制約模式亦可被設定為房間20之室內溫度達到室內目標溫度後，時刻t之製冷量Ct等於時刻t產生之新的熱量Qit。
藉由將式(26)變形，獲得以下之式(27)。
其中，輸入功率At之單位為A(安培)，輸入功率PAt之單位為A(安培)，輸入功率FAt之單位為A(安培)，熱量Qit之單位為KJ(千焦耳)，熱交換量Ct之單位為KJ(千焦耳)。
藉由解答式(27)獲得以下之漢密爾頓方程式(28)。
其中，冷凍水入口溫度Iwit之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，流量Vt、Vt+1、Vf之單位為L(公升)或KG(公斤)，室內溫度temit之單位為℃(度C)，消耗電力KW之單位為KW(千 瓦特)，熱量Qit之單位為KJ(千焦耳)。
再者，於式(28)之函數ft(‧)由以下之式(29)表示，函數ft+1(‧)由式(30)表示。
其中，冷凍水入口溫度Iwit之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，流量Vt之單位為L(公升)或KG(公斤)，外部氣體溫度temot之單位為℃(度C)。
其中，冷凍水入口溫度Iwit+1之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot+1之單位為℃(度C)，流量Vt+1之單位為L(公升)或KG(公斤)，外部氣體溫度temot+1之單位為℃(度C)。
控制值算出部16具有根據藉由消耗電力系統構築部15構築之消耗電力系統，算出控制值之功能。控制值算出部16例如以週期T3定期地算出控制值。若具體說明，則控制值算出部16藉由解答漢密爾頓方程式(28)算出時刻t之冷凍水出口溫度Iwot及流量Vt之最佳值。然而，於時刻t，因無法取得時刻t+1之後之環境資訊，故無法直接解出漢密爾頓方程式(28)。因此，以下對漢密爾頓方程式(28)之解法進行說明。
(第1解法)
可藉由使自時刻t至時刻t+1之時間極小，假設以下之式(31)成立。
其中，外部氣體溫度temot、temot+1之單位為℃(度C)。
式(31)係指極短時間間隔中，於外部氣體之環境不發生急遽之變化。因此，可假設以下之式(32)及式(33)成立。
[數32]f t (．)=f t+1(．)...(32)
其中，流量Vt、Vt+1之單位為L(公升)或KG(公斤)。
並且，藉由將式(32)及式(33)代入漢密爾頓方程式(28)且整理獲得以下之系統式(34)。
[數34]
其中，冷凍水入口溫度Iwit之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，流量Vt、Vf之單位為L(公升)或KG(公斤)，室內溫度temit之單位為℃(度C)，消耗電力KW之單位為KW(千瓦特)，熱量Qit之單位為KJ(千焦耳)。
控制值算出部16讀出由記憶於環境資訊記憶部12之環境資訊，為了根據讀出之環境資訊解出系統式(34)而取得必需之全部資訊。該等資訊自環境資訊直接獲得，或者根據環境資訊算出。控制值算出部16藉由使用該等資訊解出系統式(34)，算出時刻t之冷凍水出口溫度Iwot及流量Vt之最佳值。
(第2解法)
控制對象系統2之運轉開始時之0期之運轉，即時刻0(t=0)之初始運轉中，因房間20暫不進行空調，故考慮為房間20之室內溫度高於室內目標溫度。於此種情況下運轉控制對象系統2之情形時，為了使房間20之室內溫度迅速地達到室內目標溫度，將冷凍機4及泵5之初始設定值設定為最大值(最大能力)而使之運轉。此種狀態中，控制對象系統2藉由使冷凍機4及泵5之輸入為最大，而達成最大之輸出△Q0。因此，可以說該最大輸入等於最佳解。
該期間之控制對象系統2之運轉與最佳控制運轉成為相同結果。因此，藉由使時刻0為時刻t-1，將漢密爾頓方程式(28)之時刻返回至一個單位前，獲得以下之式(35)。
其中，冷凍水入口溫度Iwit-1之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot-1之單位為℃(度C)，流量Vt、Vt-1、Vf之單位為L(公升)或KG(公斤)，室內溫度temit-1之單位為℃(度C)，消耗電力KW之單位為KW(千瓦特)，熱量Qit-1之單位為KJ(千焦耳)。
並且，藉由將式(29)代入函數ft(‧)，且將漢密爾頓方程式(28)之第3式與式(35)之第3式替換，獲得以下之系統式(36)。
其中，冷凍水入口溫度Iwit、Iwit-1之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot、Iwot-1之單位為℃(度C)，流量Vt、Vt-1、Vf之單位為L(公升)或KG(公斤)，室內溫度temit、temit-1之單位為℃(度C)，外部氣體溫度temot、temot+1之單位為℃(度C)，消耗電力KW之單位為KW(千瓦特)，熱量Qit之單位為KJ(千焦耳)。
控制值算出部16讀出記憶於環境資訊記憶部12之環境資訊，取得為根據讀出之環境資訊解出系統式(36)而必需之全部資訊。該等資訊自環境資訊直接獲得，或者基於環境資訊算出。控制值算出部16藉由使用該等資訊解出系統式(36)，算出時刻t之冷凍水出口溫度Iwot及流量Vt之最佳值。
控制值設定部17具有為了將藉由控制值算出部16算出之控制值設定於控制對象機器而將控制指示發送至控制對象系統2之功能。此例中，控制值設定部17發送用以將藉由控制值算出部16算出之冷凍水出口溫度Iwot設定於冷凍機4之控制指示。又，控制值設定部17發送用以將藉由控制值算出部16算出之流量Vt設定於泵5之控制指示至泵5。控制值設定部17例如亦可發送用以設定與流量Vt對應之頻率之電流值至泵5。
控制值設定部17將房間20之室內目標溫度設定於控制對象系統2。房間20之室內目標溫度藉由使用者設定於運轉控制裝置1。控制值設定部17例如藉由於冷凍機4之控制部寫入設定值，發送與室內目標溫度對應之電流之類比信號至泵5之變頻器之外部控制端子而進行控制。控制值設定部17亦可將房間20之室內目標濕度設定於控制對象系統2。房間20之室內目標濕度藉由使用者設定於運轉控制裝置1。於此情形時亦與室內目標溫度同樣地，控制值設定部17於控制對象系統2之控制對象機器進行與室內目標濕度相應之設定。
其次，對於具有上述構成之運轉控制裝置1之運轉控制方法進行說明。圖5係表示運轉控制裝置1之運轉控制方法之處理程序之一例之流程圖。
如圖5所示，首先，環境資訊收集部11一併接收藉由設於控制對象系統2之感測器等取得之環境資訊與表示取得各環境資訊之時間之時間資訊。並且，環境資訊收集部11將接收之環境資訊與時間資訊建 立對應而儲存於環境資訊記憶部1(收集步驟S11)。
繼而，模式更新部14基於收集步驟S11中由環境資訊收集部11收集之環境資訊，對記憶於模式記憶部13之各物理模式進行更新(模式更新步驟S12)。具體而言，模式更新部14使用記憶於環境資訊記憶部12之環境資訊中，進行更新之時刻以前取得之環境資訊之一部分或全部，推定記憶於模式記憶部13記憶之物理模式之參數之值。並且，模式更新部14藉由以推定之參數之值更新物理模式之參數，而更新物理模式。模式更新部14例如藉由利用統計學，應用約束最小二乘法進行參數之值之推定。
繼而，消耗電力系統構築部15使用模式更新步驟S12中由模式更新部14更新之物理模式，構築與控制對象系統2之構成相應之消耗電力系統(消耗電力系統構築步驟S13)。消耗電力系統構築部15例如構築如式(26)之約束拉格朗日系統。
繼而，控制值算出部16使用消耗電力系統構築步驟S13中由消耗電力系統構築部15構築之消耗電力系統，算出控制對象系統2之控制對象機器之控制值(算出步驟S14)。控制值算出部16例如使用上述之第1解法或第2解法，以控制對象系統2之截至運轉結束時刻為止之消耗電力之總和成為最小之方式動態地算出控制值。此例中，控制值算出部16算出時刻t之冷凍水出口溫度Iwot及流量Vt之最佳值。
繼而，控制值設定部17將算出步驟S14中由控制值算出部16算出之控制值設定於控制對象系統2之控制對象機器(設定步驟S15)。此例中，控制值設定部17發送用以將算出步驟S14中由控制值算出部16算出之冷凍水出口溫度Iwot設定於冷凍機4之控制指示。又，控制值設定部17發送用以將算出步驟S14中由控制值算出部16算出之流量Vt設定於泵5之控制指示至泵5。
並且，結束運轉控制裝置1之運轉控制方法之一系列的處理。再 者，圖5之流程圖中，收集步驟S11~設定步驟S15依序作為一系列之處理而進行，但並不限於此。例如，收集步驟S11亦可以週期T1(例如1秒左右)定期地進行。又，模式更新步驟S12亦可以週期T2定期地進行。又，消耗電力系統構築步驟S13、算出步驟S14及設定步驟S15作為一系列之處理以週期T3定期地進行。如此，收集步驟S11、模式更新步驟S12、及消耗電力系統構築步驟S13~設定步驟S15亦可各自獨立進行。
如以上，運轉控制裝置1中，按控制對象系統2所含之控制對象機器之種類準備消耗電力模式，並基於環境資訊更新各消耗電力模式。並且，根據控制對象系統2之構成，自消耗電力模式構築消耗電力系統。因此，即便產生控制對象機器之追加或去除，亦無需重新製作消耗電力模式，可使用變更後之控制對象系統2所含之控制對象機器之消耗電力模式構築消耗電力系統。因此，可使與控制對象系統2之構成變化相應之消耗電力系統之重組容易化。
又，運轉控制裝置1中，使用消耗電力系統，以控制對象系統2之運轉結束時刻為至之消耗電力成為最小之方式算出控制對象機器之控制值，並將控制值設定於控制對象機器。因此，不僅可使某時間點之消耗電力最小化，且可使控制對象系統2之截至運轉結束為止之總消耗電力最小化。其結果，可降低消耗電力。
又，運轉控制裝1中，消耗電力系統為包含制約模式之拉格朗日系統。又，制約模式包含熱量變化模式，因此，可滿足由制約模式規定之條件，即以熱量變化模式規定之熱量變化之條件，且可降低消耗電力。
再者，本發明之運轉控制裝置及運轉控制方法不限定於上述實施形態。例如，控制對象系統2亦可進而包括1個或複數個空氣調和機(Air Handling Unit：AHU)等終端設備。於此情形時，預先將空氣調 和機之消耗電力模式記憶於模式記憶部13，模式更新部14更新空氣調和機之消耗電力模式。又，消耗電力系統構築部15構築包含空氣調和機之消耗電力模式之消耗電力系統。
又，控制對象系統2亦可包括2個以上之空調機6。於此情形，消耗電力系統構築部15構築包含與空調機6之數量相應之消耗電力模式之消耗電力系統。
又，上述實施形態中，空調機6以固定速度動作，空調機6之輸入功率FAt係與時間無關而固定，但不限於此。例如，空調機6亦可構成為包括變頻器，藉由運轉控制裝置1控制風量。於此情形時，空調機6之輸入功率FAt亦可為進行時間變動之模式，模式更新部14亦可更新空調機6之消耗電力模式。並且，控制值算出部16除了算出冷凍水出口溫度Iwot及流量Vt作為控制值以外，亦可算出空調機6之風量作為控制值。又，控制值設定部17亦可發送用以將藉由控制值算出部16算出之風量設定之控制指示至空調機6。
又，空調機6亦可構成為包括開關，藉由運轉控制裝置1控制空調機6之接通斷開。於此情形時，空調機6之輸入功率FAt亦可為進行時間變動之模式，模式更新部14亦可更新空調機6之消耗電力模式。並且，控制值算出部16除了算出冷凍水出口溫度Iwot及流量Vt作為控制值以外，亦可算出表示空調機6之接通狀態或斷開狀態之任一者之狀態值作為控制值。又，控制值設定部17亦可發送用以將空調機6設定為接通狀態或斷開狀態之控制指示至空調機6。
又，作為各控制對象機器之物理模式，亦可使用進而包含表示設備之陳舊性之時間序列之變數之物理模式。
又，模式更新部14亦可推定記憶於模式記憶部13之物理模式之全部參數之值，但不限於此。例如上述實施形態中，模式更新部14只要使用式(10)與環境資訊推定參數κ1~κ3之值，使用式(23)與環境資訊 推定參數v 0~v 8之值即可。
又，上述實施形態中，管理者變更控制對象系統2之構成資訊，但不限於此。消耗電力系統構築部15亦可檢測控制對象系統2之構成之變更，根據變更後之控制對象系統2之構成變更控制對象系統2之構成資訊。
又，上述實施形態中，制約模式包含熱量變化模式，但不限於此。制約模式例如亦可包含機器性能模式。機器性能模式係表示與控制對象系統2之控制對象機器之性能相關之制約之模式。於此情形時，可滿足由機器性能模式規定之機器性能之條件，且可降低消耗電力。
又，漢密爾頓方程式(28)為等式約束方程式，但於實際應用時，存在因環境要求不同之房間之存在，機器性能之問題等而無法成為等式約束之狀況。因此，控制值算出部16亦可利用非線性規劃法算出控制值。若具體說明，則控制值算出部16亦可以滿足以下之條件式(38)之方式解答式(37)。
其中，輸入功率At之單位為A(安培)，輸入功率PAt之單位為A(安培)，輸入功率FAt之單位為A(安培)。
Iwo min Iwo t
其中，冷凍水入口溫度Iwit之單位為℃(度C)，冷凍水出口溫度Iwot之單位為℃(度C)，熱量Qit之單位為KJ(千焦耳)，熱交換量Ct之單位為KJ(千焦耳)。
即，冷凍水出口溫度Iwot於全部時刻為由冷凍機4之性能決定之最低冷凍水出口溫度Iwomin以上。又，冷凍機4於製冷狀態之情形時，因於冷凍機4不加熱冷凍水，故於全部時刻冷凍水出口溫度Iwot不會大於冷凍水入口溫度Iwit。控制值算出部16例如亦可與上述實施形態同樣地將式(37)變形，使用加邊海賽矩陣算出控制值。
[產業上之可利用性]
根據本實施形態，可提供一種可靈活應對控制對象系統之構成變化且可進一步降低消耗電力之運轉控制裝置及運轉控制方法。
1‧‧‧運轉控制裝置
11‧‧‧環境資訊收集部
12‧‧‧環境資訊記憶部
13‧‧‧模式記憶部
14‧‧‧模式更新部
15‧‧‧消耗電力系統構築部
16‧‧‧控制值算出部
17‧‧‧控制值設定部

Claims (4)

  1. 一種運轉控制裝置，其包括：模式更新部，其根據收集到之環境資訊，更新按空調系統即控制對象系統所含之控制對象機器之種類而準備之消耗電力模式；消耗電力系統構築部，其根據上述控制對象系統之構成，自藉由上述模式更新部更新後之特定時刻之消耗電力模式而構築消耗電力系統；算出部，其使用藉由上述消耗電力系統構築部所構築之上述消耗電力系統，以上述控制對象系統之截至運轉結束時刻為止之消耗電力成為最小之方式算出上述控制對象機器之控制值；及設定部，其將藉由上述算出部算出之控制值設定於上述控制對象機器；且上述消耗電力系統係包含制約模式之拉格朗日系統，該制約模式係表示上述控制對象系統中之制約之模式；上述制約模式包含熱量變化模式，該熱量變化模式係表示與上述控制對象系統對於空調對象之熱量變化相關之制約之模式；上述熱量變化模式係表示上述特定時刻之製冷量必須等於上述特定時刻產生之新的熱量或應該除去之熱量。
  2. 如請求項1之運轉控制裝置，其中上述制約模式包含機器性能模式，該機器性能模式係表示與上述控制對象機器之性能相關之制約之模式。
  3. 如請求項1或2之運轉控制裝置，其中上述算出部以自上述控制對象系統之運轉開始時刻至運轉結束時刻之消耗電力成為最小 之方式動態地算出上述控制值。
  4. 一種運轉控制方法，其包括：模式更新步驟，其係根據收集到之環境資訊，更新按空調系統即控制對象系統所含之控制對象機器之種類而準備之特定時刻之消耗電力模式；消耗電力系統構築步驟，其係根據上述控制對象系統之構成，自於上述模式更新步驟中經更新之特定時刻之消耗電力模式構築消耗電力系統；算出步驟，其係使用於上述消耗電力系統構築步驟中所構築之上述消耗電力系統，以上述控制對象系統之截至運轉結束時刻為止之消耗電力成為最小之方式算出上述控制對象機器之控制值；及設定步驟，其係將於上述算出步驟中算出之控制值設定於上述控制對象機器；且上述消耗電力系統係包含制約模式之拉格朗日系統，該制約模式係表示上述控制對象系統中之制約之模式；上述制約模式包含熱量變化模式，該熱量變化模式係表示與上述控制對象系統對於空調對象之熱量變化相關之制約之模式；上述熱量變化模式係表示上述特定時刻之製冷量必須等於上述特定時刻產生之新的熱量或應該除去之熱量。
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