相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求提交于2016年3月24日的美國專利申請no.15/080,435和提交于2016年2月18日的美國臨時專利申請no.62/296,713的權(quán)益和優(yōu)先權(quán)，這兩個申請的全文以引用方式并入本文中。

本公開整體涉及一種極值搜索控制(esc)系統(tǒng)。esc是一種自優(yōu)化控制策略，其可動態(tài)地搜索系統(tǒng)的未知的和/或時變的輸入以用于優(yōu)化某一性能指數(shù)。esc可視為通過利用抖動信號對梯度搜索的動態(tài)實現(xiàn)方法。系統(tǒng)輸出y相對于系統(tǒng)輸入u的梯度可通過輕微地干擾該系統(tǒng)操作并施加解調(diào)措施來獲取。系統(tǒng)性能的優(yōu)化可通過利用閉環(huán)系統(tǒng)中的負反饋環(huán)使梯度趨向于零來獲取。esc為一種非基于模型的控制策略，這意味著受控系統(tǒng)的模型不是esc用于優(yōu)化系統(tǒng)所必須的。

背景技術(shù)：

設(shè)施在控制理論上為過程和一個或多個機械控制輸出的組合。傳統(tǒng)esc系統(tǒng)通常使用周期性(例如，正弦)抖動信號來干擾被提供至設(shè)施的控制輸入u。周期性抖動信號可導(dǎo)致控制輸入u和設(shè)施輸出y兩者中的大變化(例如，正弦振蕩)，這對設(shè)施操作者通常是顯著的。另外，周期性抖動信號的頻率需謹慎選擇以確保esc策略是有效的。例如，可期望的是，基于設(shè)備的固有頻率來選擇抖動信號頻率以增強抖動信號對設(shè)施輸出y的影響?？赡芾щy和具有挑戰(zhàn)性的是，在不了解設(shè)施的動態(tài)性能的情況下正確地選擇抖動頻率。出于這些原因，使用周期性抖動信號是傳統(tǒng)esc的缺點之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的一個實施方式為一種用于冷凍水設(shè)施的極值搜索控制系統(tǒng)。該極值搜索控制系統(tǒng)包括反饋控制器和極值搜索控制器。反饋控制器配置成操作冷凍水設(shè)施的設(shè)備以達到冷凝水溫設(shè)定點。設(shè)備包括冷凍機壓縮器、冷凝器水泵和冷卻塔風(fēng)扇中的至少一者。極值搜索控制器配置成確定冷凝水溫設(shè)定點的最佳值并將該冷凝水溫設(shè)定點提供至反饋控制器。極值搜索控制器通過以下步驟確定冷凝水溫設(shè)定點的最佳值：以隨機激勵信號干擾冷凝水溫設(shè)定點，監(jiān)測設(shè)備由于經(jīng)干擾的冷凝水溫設(shè)定點所產(chǎn)生的的功率消耗，估算功率消耗相對于冷凝水溫設(shè)定點的梯度，和調(diào)節(jié)冷凝水溫設(shè)定點以使估算的梯度趨向于零。

在一些實施例中，隨機激勵信號為非周期性信號，該非周期性信號包括無規(guī)游動信號、非確定性信號和非重復(fù)信號中的至少一者。

在一些實施例中，冷凝水溫設(shè)定點包括由隨機激勵信號所限定的隨機部分和通過使估算的梯度趨向于零所確定的非隨機部分。

在一些實施例中，極值搜索控制器包括積分器，該積分器配置成通過對無規(guī)噪聲信號進行積分而生成隨機激勵信號。

在一些實施例中，極值搜索控制器配置成通過執(zhí)行具有指數(shù)遺忘的遞歸最小二乘估算過程而估算功率消耗相對于冷凝水溫設(shè)定點的梯度。

在一些實施例中，極值搜索控制器配置成通過執(zhí)行回歸過程而估算功率消耗相對于冷凝水溫設(shè)定點的梯度?；貧w過程可包括獲取功率消耗的線性模型。該線性模型可將功率消耗定義為冷凝水溫設(shè)定點和梯度參數(shù)的線性函數(shù)?；貧w過程還可包括：基于冷凝水溫設(shè)定點的觀察值和功率消耗的觀察值而估算梯度參數(shù)的值，和使用梯度參數(shù)的估算值作為功率消耗相對于冷凝水溫設(shè)定點的梯度。

在一些實施例中，反饋控制器配置成通過調(diào)整冷卻塔風(fēng)扇的速度和冷凝器水泵的速度中的至少一者而達到冷凝水溫設(shè)定點。

本公開的另一實施方式為一種用于冷凍水設(shè)施的極值搜索控制器。該極值搜索控制器包括一個或多個接口，該一個或多個接口配置成將速度控制信號提供至冷凍水設(shè)施的設(shè)備。該設(shè)備包括冷凍機壓縮器、冷凝器水泵和冷卻塔風(fēng)扇中的至少一者。極值搜索控制器還包括處理電路，該處理電路配置成為每一速度控制信號確定最佳值。處理電路通過以下步驟確定最佳值：以不同激勵信號干擾每一速度控制信號，監(jiān)測設(shè)備由于該經(jīng)干擾的速度控制信號所產(chǎn)生的功率消耗，利用遞歸估算過程估算功率消耗相對于每一速度控制信號的梯度，和調(diào)節(jié)速度控制信號以使估算的梯度趨向于零。

在一些實施例中，遞歸估算過程為具有指數(shù)遺忘的遞歸最小二乘估算過程。

在一些實施例中，處理電路配置成通過以下步驟對每個速度控制信號執(zhí)行遞歸估算過程：計算功率消耗和速度控制信號之間的協(xié)方差，計算速度控制信號的方差，和利用該計算出的協(xié)方差和該計算出的方差來估算功率消耗相對于速度控制信號的梯度。

在一些實施例中，處理電路配置成通過以下步驟對每個速度控制信號執(zhí)行遞歸估算過程：計算速度控制信號的多個采樣的指數(shù)加權(quán)移動平均數(shù)(ewma)，計算功率消耗的多個采樣的ewma，和利用ewma來估算功率消耗相對于速度控制信號的梯度。

在一些實施例中，遞歸估算過程為回歸過程。在一些實施例中，處理電路配置成通過獲取功率消耗的線性模型來執(zhí)行回歸過程。線性模型可將功率消耗定義為速度控制信號以及每個所述速度控制信號的梯度參數(shù)的線性函數(shù)。執(zhí)行回歸過程可包括：基于速度控制信號的觀察值和功率消耗的觀察值而估算每個梯度參數(shù)的值，和使用梯度參數(shù)的估算值作為功率消耗相對于速度控制信號的梯度。

在一些實施例中，激勵信號為非周期性信號，該非周期性信號包括無規(guī)游動信號、非確定性信號和非重復(fù)信號中的至少一者。

本公開的另一實施方式為一種用于冷凍水設(shè)施的極值搜索控制器。該極值搜索控制器包括一個或多個接口，該一個或多個接口配置成將速度控制信號提供至冷凍水設(shè)施的設(shè)備。該設(shè)備包括冷凍機壓縮器、冷凝器水泵和冷卻塔風(fēng)扇中的至少一者。該極值搜索控制器還包括處理電路，該處理電路配置成確定每一速度控制信號的最佳值。該處理電路可通過以下步驟確定最佳值：以不同激勵信號干擾每一速度控制信號，監(jiān)測設(shè)備由于該經(jīng)干擾的速度控制信號所產(chǎn)生的功率消耗，估算使功率消耗相關(guān)于每一速度控制信號的歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)，和調(diào)節(jié)速度控制信號以使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)趨向于零。

在一些實施例中，處理電路配置成通過以下步驟估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)：計算控制輸入和性能變量之間的協(xié)方差，計算控制輸入的方差，計算性能變量的方差，和利用該計算出的協(xié)方差和該計算出的方差來估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)。

在一些實施例中，處理電路配置成通過以下步驟估算每個速度控制信號的歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)：估算功率消耗相對于速度控制信號的斜率，計算速度控制信號的標準偏差，計算功率消耗的標準偏差，和使用該估算的斜率和該計算出的標準偏差來估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)。

在一些實施例中，處理電路配置成通過以下步驟估算每個速度控制信號的歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)：計算速度控制信號的多個采樣的指數(shù)加權(quán)移動平均數(shù)(ewma)，計算功率消耗的多個采樣的ewma，和利用ewma來估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)。

在一些實施例中，激勵信號為非周期性信號，該非周期性信號包括無規(guī)游動信號、非確定性信號和非重復(fù)信號中的至少一者。

本公開的另一實施方式為一種極值搜索控制器，該極值搜索控制器使用隨機激勵信號來干擾設(shè)施的控制輸入。極值搜索控制器包括一個或多個接口，該一個或多個接口配置成將控制輸入提供至設(shè)施和從該設(shè)施接收作為反饋的性能變量。該設(shè)施使用控制輸入來影響性能變量。極值搜索控制器包括梯度估算器和反饋控制器，該梯度估算器配置成估算性能變量相對于控制輸入的梯度，該反饋控制器配置成通過調(diào)節(jié)反饋控制器的輸出來使估算的梯度趨向于零。極值搜索控制器包括隨機信號生成器和激勵信號元件，該隨機信號生成器配置成生成隨機激勵信號，該激勵信號元件配置成通過以隨機激勵信號干擾反饋控制器的輸出來生成控制輸入。

在一些實施例中，隨機激勵信號為非周期性信號，該非周期性信號包括無規(guī)游動信號、非確定性信號和非重復(fù)信號中的至少一者。在一些實施例中，控制輸入包括由隨機激勵信號所提供的隨機部分和由反饋控制器的輸出所提供的非隨機部分。在一些實施例中，隨機信號生成器包括積分器，該積分器配置成通過對無規(guī)噪聲信號進行積分而生成隨機激勵信號。在一些實施例中，噪聲信號利用帶通濾波器進行濾波。

在一些實施例中，梯度估算器配置成執(zhí)行遞歸估算過程以估算性能變量相對于控制輸入的梯度。遞歸估算過程可為具有指數(shù)遺忘的遞歸最小二乘估算過程。

在一些實施例中，梯度估算器配置成執(zhí)行回歸過程以估算性能變量相對于控制輸入的梯度。在一些實施例中，回歸過程包括獲取性能變量的線性模型。該線性模型可將性能變量定義為控制輸入和梯度參數(shù)的線性函數(shù)?；貧w過程還可包括基于控制輸入的觀察值和性能變量的觀察值而估算梯度參數(shù)的值，和使用梯度參數(shù)的估算值作為性能變量相對于控制輸入的梯度。

本公開的另一實施方式為一種極值搜索控制器，該極值搜索控制器使用遞歸梯度估算過程來估算設(shè)施的性能變量相對于被提供至該設(shè)施的控制輸入的梯度。極值搜索控制器包括一個或多個接口，該一個或多個接口配置成將控制輸入提供至設(shè)施和從該設(shè)施接收作為反饋的性能變量。該設(shè)施使用控制輸入來影響性能變量。極值搜索控制器包括遞歸梯度估算器，該遞歸梯度估算器配置成通過執(zhí)行遞歸估算過程而估算性能變量相對于控制輸入的梯度。極值搜索控制器包括反饋控制器、激勵信號生成器和激勵信號元件，該反饋控制器配置成通過調(diào)節(jié)反饋控制器的輸出而使估算梯度趨向于零，該激勵信號生成器配置成生成激勵信號，該激勵信號元件配置成通過以激勵信號干擾反饋控制器的輸出而生成控制輸入。

在一些實施例中，遞歸估算過程為具有指數(shù)遺忘的遞歸最小二乘估算過程。在一些實施例中，遞歸梯度估算器配置成通過以下步驟執(zhí)行遞歸估算過程：計算控制輸入和性能變量之間的協(xié)方差，計算控制輸入的方差，和利用該計算出的協(xié)方差和該計算出的方差來估算性能變量相對于控制輸入的梯度。

在一些實施例中，遞歸梯度估算器配置成通過以下步驟執(zhí)行遞歸估算過程：計算控制輸入的多個采樣的指數(shù)加權(quán)移動平均數(shù)(ewma)，計算性能變量的多個采樣的ewma，和利用ewma來估算性能變量相對于控制輸入的梯度。

在一些實施例中，遞歸估算過程為回歸過程。在一些實施例中，回歸過程包括獲取性能變量的線性模型。該線性模型可將性能變量定義為控制輸入和梯度參數(shù)的線性函數(shù)?；貧w過程可包括基于控制輸入的觀察值和性能變量的觀察值而估算梯度參數(shù)的值，和使用梯度參數(shù)的估算值作為性能變量相對于控制輸入的梯度。

在一些實施例中，激勵信號為非周期性信號，該非周期性信號包括無規(guī)游動信號、非確定性信號和非重復(fù)信號中的至少一者。

本公開的另一實施方式為一種極值搜索控制器，該極值搜索控制器估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)，該歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)使來自設(shè)施的性能變量與被提供至該設(shè)施的控制輸入相關(guān)。極值搜索控制器包括一個或多個接口，該一個或多個接口配置成將控制輸入提供至設(shè)施和從該設(shè)施接收性能變量作為反饋。極值搜索控制器包括關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器和反饋控制器，該關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器配置成估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)，所述歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)使性能變量與控制輸入相關(guān)，該反饋控制器配置成通過調(diào)節(jié)反饋控制器的輸出來使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)趨向于零。極值搜索控制器包括激勵信號生成器和激勵信號元件，該激勵信號生成器配置成生成激勵信號，該激勵信號元件配置成通過以激勵信號干擾反饋控制器的輸出來生成控制輸入。

在一些實施例中，關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器配置成通過以下步驟估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)：計算控制輸入和性能變量之間的協(xié)方差，計算控制輸入的方差，計算性能變量的方差，和利用該計算出的協(xié)方差和該計算出的方差來估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)。

在一些實施例中，關(guān)聯(lián)系數(shù)配置成通過以下步驟估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)：估算性能變量相對于控制輸入的斜率，計算控制輸入的標準偏差，計算性能變量的標準偏差，和使用該估算的斜率和該計算出的標準偏差來估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)。

在一些實施例中，關(guān)聯(lián)系數(shù)配置成通過以下步驟估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)：計算控制輸入的多個采樣的指數(shù)加權(quán)移動平均數(shù)(ewma)，計算性能變量的多個采樣的ewma，和利用ewma來估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)。

在一些實施例中，激勵信號為非周期性信號，該非周期性信號包括無規(guī)游動信號、非確定性信號和非重復(fù)信號中的至少一者。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，發(fā)明內(nèi)容僅為說明性的，并且非旨在以任何方式進行限制。如僅由權(quán)利要求書所限定，本文所描述的器件和/或過程的其它方面、創(chuàng)造性特征和優(yōu)點在本文和結(jié)合附圖所闡述的具體實施方式中將變得顯而易見。

附圖說明

圖1為根據(jù)一些實施例的其中可實施極值搜索控制系統(tǒng)的建筑物的圖示。

圖2為根據(jù)一些實施例的其中可實施極值搜索控制系統(tǒng)的建筑物hvac系統(tǒng)的框圖。

圖3為根據(jù)一些實施例的使用周期性抖動信號來干擾被提供至設(shè)施的控制輸入的極值搜索控制系統(tǒng)的框圖。

圖4為根據(jù)一些實施例的使用周期性抖動信號來干擾被提供至設(shè)施的控制輸入的另一極值搜索控制系統(tǒng)的框圖。

圖5為根據(jù)一些實施例的極值搜索控制系統(tǒng)的框圖，該極值搜索控制系統(tǒng)使用隨機抖動信號來干擾被提供至設(shè)施的控制輸入和使用遞歸估算技術(shù)來估算使設(shè)施的輸出與控制輸入相關(guān)的梯度或系數(shù)。

圖6a為根據(jù)一些實施例的提供至設(shè)施的控制輸入的圖表，其示出了通過以周期性抖動信號干擾控制輸入所導(dǎo)致的周期性振蕩。

圖6b為根據(jù)一些實施例的從設(shè)施接收的、由于圖6a所示的經(jīng)干擾的控制輸入所產(chǎn)生的性能變量的圖表。

圖7a為根據(jù)一些實施例的當使用隨機激勵信號來干擾控制輸入時被提供至設(shè)施的該控制輸入的圖表。

圖7b為根據(jù)一些實施例的從設(shè)施接收的、由于圖7a所示的經(jīng)干擾的控制輸入所產(chǎn)生的性能變量的圖表。

圖8為根據(jù)一些實施例的示出其中使用隨機激勵信號來干擾至設(shè)施的控制輸入的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖9為根據(jù)一些實施例的示出其中使用歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)使得從設(shè)施接收的性能變量與被提供至該設(shè)施的控制輸入相關(guān)的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖10a為根據(jù)一些實施例的其中可實施本公開的系統(tǒng)和方法的冷凍水設(shè)施的框圖。

圖10b為根據(jù)一些實施例的示出其中使用隨機激勵信號來干擾圖10a的冷凍水設(shè)施中的冷凝水溫設(shè)定點的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖10c為根據(jù)一些實施例的示出其中使用歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)來使總系統(tǒng)功率消耗與圖10a的冷凍水設(shè)施中的冷凝水溫設(shè)定點相關(guān)的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖11a為根據(jù)一些實施例的其中可實施本公開的系統(tǒng)和方法的另一冷凍水設(shè)施的框圖。

圖11b為根據(jù)一些實施例的示出其中使用隨機激勵信號來干擾圖11a的冷凍水設(shè)施中的冷凝器水泵速度和冷卻塔風(fēng)扇速度的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖11c為根據(jù)一些實施例的示出其中使用歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)來使總系統(tǒng)功率消耗與圖11a的冷凍水設(shè)施中的冷凝器水泵速度和冷卻塔風(fēng)扇速度相關(guān)的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖12a為根據(jù)一些實施例的其中可實施本公開的系統(tǒng)和方法的可變制冷劑流量系統(tǒng)的框圖。

圖12b為根據(jù)一些實施例的示出其中使用隨機激勵信號來干擾圖12a的可變制冷劑流量系統(tǒng)中的制冷劑壓力設(shè)定點的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖12c為根據(jù)一些實施例的示出其中使用歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)來使總系統(tǒng)功率消耗與圖12a的可變制冷劑流量系統(tǒng)中的制冷劑壓力設(shè)定點相關(guān)的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖13a為根據(jù)一些實施例的其中可實施本公開的系統(tǒng)和方法的另一可變制冷劑流量系統(tǒng)的框圖。

圖13b為根據(jù)一些實施例的示出其中使用隨機激勵信號來干擾圖13a的可變制冷劑流量系統(tǒng)中的制冷劑壓力設(shè)定點和制冷劑過熱設(shè)定點的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖13c為根據(jù)一些實施例的示出其中使用歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)來使總系統(tǒng)功率消耗與圖13a的可變制冷劑流量系統(tǒng)中的制冷劑壓力設(shè)定點和制冷劑過熱設(shè)定點相關(guān)的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖14a為根據(jù)一些實施例的其中可實施本公開的系統(tǒng)和方法的蒸汽壓縮系統(tǒng)的框圖。

圖14b為根據(jù)一些實施例的示出其中使用隨機激勵信號來干擾圖14a的蒸汽壓縮系統(tǒng)中的送風(fēng)溫度設(shè)定點的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖14c為根據(jù)一些實施例的示出其中使用歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)來使總系統(tǒng)功率消耗與圖14a的蒸汽壓縮系統(tǒng)中的送風(fēng)溫度設(shè)定點相關(guān)的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖15a為根據(jù)一些實施例的其中可實施本公開的系統(tǒng)和方法的另一蒸汽壓縮系統(tǒng)的框圖。

圖15b為根據(jù)一些實施例的示出其中使用隨機激勵信號來干擾圖15a的蒸汽壓縮系統(tǒng)中的蒸發(fā)器風(fēng)扇速度的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖15c為根據(jù)一些實施例的示出其中使用歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)來使總系統(tǒng)功率消耗與圖15a的蒸汽壓縮系統(tǒng)中的蒸發(fā)器風(fēng)扇速度相關(guān)的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖16a為根據(jù)一些實施例的其中可實施本公開的系統(tǒng)和方法的另一蒸汽壓縮系統(tǒng)的框圖。

圖16b為根據(jù)一些實施例的示出其中使用隨機激勵信號來干擾圖16a的蒸汽壓縮系統(tǒng)中的送風(fēng)溫度設(shè)定點和蒸發(fā)器風(fēng)扇速度的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

圖16c為根據(jù)一些實施例的示出其中使用歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)來使總系統(tǒng)功率消耗與圖16a的蒸汽壓縮系統(tǒng)中的送風(fēng)溫度設(shè)定點和蒸發(fā)器風(fēng)扇速度相關(guān)的極值搜索控制技術(shù)的流程圖。

具體實施方式

概述

整體參考附圖，其示出了根據(jù)一些實施例的各種極值搜索控制(esc)系統(tǒng)和方法。一般來講，esc是一種自優(yōu)化控制策略，其可動態(tài)地搜索系統(tǒng)的未知和/或時變輸入以用于優(yōu)化某一性能指數(shù)。esc可視為通過利用抖動信號的梯度搜索的動態(tài)實現(xiàn)方法。系統(tǒng)輸出y相對于系統(tǒng)輸入u的梯度可通過輕微地干擾該系統(tǒng)操作和應(yīng)用解調(diào)措施來獲取。

系統(tǒng)性能的優(yōu)化可通過利用閉環(huán)系統(tǒng)中的反饋環(huán)使梯度趨向于零來獲取。esc為一種非基于模型的控制策略，這意味著受控系統(tǒng)的模型不是esc優(yōu)化系統(tǒng)所必須的。esc的各種實施方式詳細描述于美國專利no.8,473,080、美國專利no.7,827,813、美國專利no.8,027,742、美國專利no.8,200,345、美國專利no.8,200,344、美國專利申請no.14/495,773、美國專利申請no.14/538,700、美國專利申請no.14/975,527和美國專利申請no.14/961,747中。這些專利和專利申請各自以引用方式并入本文中。

在一些實施例中，極值搜索控制器使用隨機激勵信號q來干擾被提供至設(shè)施的控制輸入u?？刂破骺砂S機信號生成器，該隨機信號生成器配置成生成隨機信號。隨機信號可為無規(guī)信號(例如，無規(guī)游動信號、白噪聲信號等)、非周期性信號、不可預(yù)測的信號、干擾信號，或任何其它類型的非確定性或非重復(fù)信號。在一些實施例中，隨機信號具有非零意義?？梢詫﹄S機信號進行積分以生成激勵信號q。

隨機激勵信號q可在控制輸入u中提供變化，這種變化足以估算設(shè)施輸出(即，性能變量y)相對于控制輸入u的梯度。隨機激勵信號q相對于傳統(tǒng)的周期性抖動信號v具有若干優(yōu)點。例如，隨機激勵信號q相比于傳統(tǒng)周期性抖動信號v更不易于察覺。因此，隨機激勵信號q對控制輸入u的影響相比于由傳統(tǒng)的周期性抖動信號v所導(dǎo)致的周期性振蕩不那么明顯。隨機激勵信號q的另一優(yōu)點為調(diào)諧控制器更簡單，因為抖動頻率ωv不再為必需的參數(shù)。因此，當生成隨機激勵信號q時，控制器無需了解或估算設(shè)備的固有頻率。

在一些實施例中，極值搜索控制器使用遞歸估算技術(shù)來估算性能變量y相對于控制輸入u的梯度。例如，控制器可使用遞歸最小二乘(rls)估算技術(shù)來生成梯度的估算值。在一些實施例中，控制器使用指數(shù)遺忘作為rls估算技術(shù)的一部分。例如，控制器可配置成計算性能變量y、控制輸入u和/或遞歸估算技術(shù)中所用的其它變量的指數(shù)加權(quán)移動平均數(shù)(ewma)。指數(shù)遺忘減少了所需的數(shù)據(jù)存儲量(相對于批量處理)并且允許控制器保持對新近數(shù)據(jù)更靈敏并且因此對偏移最佳點更具響應(yīng)性。

在一些實施例中，極值搜索控制器估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ，所述歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ使性能變量y與控制輸入u相關(guān)。關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ可與性能梯度相關(guān)(例如，與成比例)，但基于性能變量y的范圍進行縮放。例如，關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ可為縮放至-1≤ρ≤1范圍內(nèi)的性能梯度的歸一化量度。歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ可基于性能變量y和控制輸入u之間的協(xié)方差、性能變量y的方差和控制輸入u的方差而被估算。在一些實施例中，歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ可利用遞歸估算過程來被估算。

關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ可被反饋控制器使用以替代性能梯度例如，反饋控制器可調(diào)整控制輸入u的直流值w以使關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ趨向于零。使用關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ以取代性能梯度的其中一個優(yōu)點為反饋控制器所使用的調(diào)諧參數(shù)可為調(diào)諧參數(shù)的廣義集，該調(diào)諧參數(shù)的廣義集無需基于性能變量y的標度進行定制或調(diào)整。該優(yōu)點省去了對反饋控制器執(zhí)行專門針對控制環(huán)的調(diào)諧的需求，并且允許反饋控制器使用調(diào)諧參數(shù)的廣義集，該調(diào)諧參數(shù)的廣義集可應(yīng)用于許多不同控制環(huán)和/或設(shè)施。極值搜索控制器的額外特征和優(yōu)點在下文更詳細地描述。

建筑物和hvac系統(tǒng)

現(xiàn)參考圖1至圖2，其示出根據(jù)一些實施例的其中可實施極值搜索控制系統(tǒng)的建筑物10和hvac系統(tǒng)20。盡管本公開的esc系統(tǒng)和方法主要在建筑物hvac系統(tǒng)的背景下描述，但是應(yīng)當理解，esc一般可應(yīng)用于任何類型的優(yōu)化或調(diào)控所關(guān)注變量的控制系統(tǒng)。例如，可使用本公開的esc系統(tǒng)和方法來優(yōu)化由各種類型的能量產(chǎn)生系統(tǒng)或裝置(例如，電廠、蒸汽或風(fēng)力渦輪機、太陽能面板、燃燒系統(tǒng)等)所產(chǎn)生的能量的量，和/或可用于優(yōu)化由各種類型的能量消耗系統(tǒng)或裝置(例如，電子電路、機械設(shè)備、航天和陸基交通工具、建筑物設(shè)備、hvac裝置、制冷系統(tǒng)等)所消耗的能量的量。

在各種實施方式中，esc可用于任何類型的控制器，這些控制器發(fā)揮作用以達到所關(guān)注變量的設(shè)定點(例如，通過最小化測得或計算的輸入和設(shè)定點之間的差值)，和/或優(yōu)化所關(guān)注變量(例如，最大化或最小化輸出變量)。可以預(yù)見的是，esc可容易地實施在各種類型的控制器(例如，電機控制器、功率控制器、流體控制器、hvac控制器、照明控制器、化學(xué)控制器、過程控制器等)和各種類型的控制系統(tǒng)(例如，閉環(huán)控制系統(tǒng)、開環(huán)控制系統(tǒng)、反饋控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)等)中。所有此類實施方式應(yīng)視為在本公開的范圍內(nèi)。

特別地參考圖1，其示出了建筑物10的透視圖。建筑物10由hvac系統(tǒng)20提供服務(wù)。hvac系統(tǒng)20被示出為包括冷凍機22、鍋爐24、屋頂冷卻單元26和多個空氣處理單元(ahu)36。hvac系統(tǒng)20使用流體循環(huán)系統(tǒng)來向建筑物10提供加熱和/或冷卻。取決于需要冷卻還是加熱，循環(huán)流體可在冷凍機22中被冷卻或在鍋爐24中被加熱。鍋爐24可通過焚燒易燃材料(例如，天然氣)對循環(huán)流體添加熱量。冷凍機22可使循環(huán)流體與換熱器(例如，蒸發(fā)器)中的另一流體(例如，制冷劑)處于換熱關(guān)系。制冷劑在蒸發(fā)過程期間從循環(huán)流體移除熱量，從而冷卻該循環(huán)流體。

來自冷凍機22或鍋爐24的循環(huán)流體可經(jīng)由管路32輸送至ahu36。ahu36可使循環(huán)流體與穿過ahu36的空氣流處于換熱關(guān)系。例如，空氣流可途徑風(fēng)機盤管單元或循環(huán)流體流從中流過的其它空氣調(diào)節(jié)終端單元中的管路。ahu36可在空氣流和循環(huán)流體之間傳遞熱量以向空氣流提供加熱或冷卻。加熱或冷卻空氣可經(jīng)由包括供應(yīng)空氣管道38的空氣分配系統(tǒng)遞送至建筑物10并且可經(jīng)由空氣返回管道40返回至ahu36。在圖1中，hvac系統(tǒng)20被示出為在建筑物10的每個樓層上包括獨立的ahu36。在其它實施例中，單個ahu(例如，屋頂ahu)可向多個樓層或區(qū)域供應(yīng)空氣。來自ahu36的循環(huán)流體可經(jīng)由管路34返回至冷凍機22或鍋爐24。

在一些實施例中，冷凍機22中的制冷劑一旦從循環(huán)流體吸收熱量就被汽化。汽化的制冷劑可被提供至冷凍機22內(nèi)的壓縮器，在那里制冷劑的溫度和壓力增大(例如，利用旋轉(zhuǎn)葉輪、螺桿式壓縮器、渦旋式壓縮器、往復(fù)式壓縮器、離心壓縮器等)。被壓縮的制冷劑可被排出至冷凍機22內(nèi)的冷凝器中。在一些實施例中，水(或另一種冷凍流體)流經(jīng)冷凍機22的冷凝器中的管以從制冷劑蒸汽吸收熱量，從而致使制冷劑冷凝。流經(jīng)冷凝器中的管的水可經(jīng)由管路28從冷凍機22泵送至屋頂冷卻單元26。冷卻單元26可使用風(fēng)扇驅(qū)動式冷卻或風(fēng)扇驅(qū)動式蒸發(fā)以從水移除熱量。屋頂單元26中的冷卻水可經(jīng)由管路30遞送回至冷凍機22并且該循環(huán)重復(fù)。

現(xiàn)參考圖2，其示出根據(jù)一些實施例的更詳細地示出的hvac系統(tǒng)20的一部分的框圖。在圖2中，ahu36被示出為經(jīng)濟型空氣處理單元。經(jīng)濟型空氣處理單元改變由該空氣處理單元所用以加熱或冷卻的外部空氣和返回空氣的量。例如，ahu36可經(jīng)由返回空氣管道40從建筑物10接收返回空氣82，并且可經(jīng)由供應(yīng)空氣管道38將供應(yīng)空氣86遞送至建筑物10。ahu36可配置成操作廢氣擋板60、混合擋板62和外部空氣擋板64以控制外部空氣80和返回空氣82的量，該外部空氣80和返回空氣82一起形成供應(yīng)空氣86。不穿過混合擋板62的任何返回空氣82可作為廢氣84從ahu36通過排出擋板60排出。

擋板60-64中的每個擋板可由致動器操作。如圖2所示，廢氣擋板60由致動器54操作，混合擋板62由致動器56操作，并且外部空氣擋板64由致動器58操作。致動器54-58可經(jīng)由通信鏈路52與ahu控制器44通信。ahu控制器44可為經(jīng)濟型控制器，該經(jīng)濟型控制器配置成使用一種或多種控制算法(例如，基于狀態(tài)的算法、esc算法、pid控制算法、模型預(yù)測控制算法等)來控制致動器54-58?？捎蒩hu控制器44使用的esc方法的實例參考圖8至圖9進行更詳細地予以描述。

致動器54-58可從ahu控制器44接收控制信號并且可將反饋信號提供至ahu控制器44。反饋信號可包括例如當前致動器或擋板位置的指示、致動器所施加的力矩或力的量、診斷信息(例如，由致動器54-58所執(zhí)行的診斷測試的結(jié)果)、狀態(tài)信息、委任信息、配置設(shè)定、校準數(shù)據(jù)，和/或可由致動器54-58收集、存儲或使用的其它類型的信息或數(shù)據(jù)。

仍參考圖2，ahu36被示出為包括冷卻盤管68、加熱盤管70和風(fēng)扇66。在一些實施例中，冷卻盤管68、加熱盤管70和風(fēng)扇66位于供應(yīng)空氣管道38內(nèi)。風(fēng)扇66可配置成迫使供應(yīng)空氣86通過冷卻盤管68和/或加熱盤管70。ahu控制器44可經(jīng)由通信鏈路78與風(fēng)扇66通信以控制供應(yīng)空氣86的流速。冷卻盤管68可經(jīng)由管路32從冷凍機22接收冷凍流體，并且可經(jīng)由管路34將冷凍流體返回至冷凍機22。閥92可沿著管路32或管路34定位以控制被提供至冷卻盤管68的冷凍流體的量。加熱盤管70可經(jīng)由管路32從鍋爐24接收加熱流體，并且可經(jīng)由管路34將加熱流體返回至鍋爐24。閥94可沿著管路32或管路34放置以控制被提供至加熱盤管70的加熱流體的量。

閥92-94中的每一個閥可由致動器控制。如圖2所示，閥92由致動器88控制并且閥94由致動器90控制。致動器88-90可經(jīng)由通信鏈路96-98與ahu控制器44通信。致動器88-90可從ahu控制器44接收控制信號并且可將反饋信號提供至控制器44。在一些實施例中，ahu控制器44從溫度傳感器72接收供應(yīng)空氣溫度的測量結(jié)果，該溫度傳感器72位于供應(yīng)空氣管道38中(例如，冷卻盤管68和加熱盤管70的下游)。然而，溫度傳感器72不是必須的，并且在一些實施例中可不包括溫度傳感器72。

ahu控制器44可經(jīng)由致動器88-90操作閥92-94以調(diào)節(jié)被提供至供應(yīng)空氣86的加熱量或冷卻量(例如，為了達到供應(yīng)空氣86的設(shè)定點溫度或?qū)⒐?yīng)空氣86的溫度保持于設(shè)定點溫度范圍內(nèi))。閥92-94的位置影響由冷卻盤管68或加熱盤管70提供至供應(yīng)空氣86的冷卻量或加熱量，并且可與為了達到期望供應(yīng)空氣溫度所消的耗能量的量相關(guān)聯(lián)。在各種實施例中，閥92-94可由ahu控制器44或hvac系統(tǒng)20的獨立控制器來操作。

ahu控制器44可經(jīng)由通信鏈路96-98監(jiān)測閥92-94的位置。ahu控制器44可利用esc控制技術(shù)將閥92-94的位置用作待優(yōu)化的變量。ahu控制器44可確定和/或設(shè)定擋板60-64的位置以達到閥92-94的最佳位置或目標位置。閥92-94的最佳位置或目標位置可為這樣的位置：其與hvac系統(tǒng)20為達到設(shè)定點供應(yīng)空氣溫度所使用的最小機械加熱或冷卻量(例如，通過閥92-94的最小流體流動)對應(yīng)。

仍參考圖2，hvac系統(tǒng)20被示出為包括監(jiān)管控制器42和客戶端裝置46。監(jiān)管控制器42可包括一個或多個計算機系統(tǒng)(例如，服務(wù)器、bas控制器等)，該一個或多個計算機系統(tǒng)用作hvac系統(tǒng)20的企業(yè)級控制器、應(yīng)用或數(shù)據(jù)服務(wù)器、頭節(jié)點、主控制器或現(xiàn)場控制器。監(jiān)管控制器42可根據(jù)類似或不同的協(xié)議(例如，lon、bacnet等)經(jīng)由通信鏈路50與多個下游建筑物系統(tǒng)或子系統(tǒng)(例如，hvac系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等)通信。

在一些實施例中，ahu控制器44從監(jiān)管控制器42接收信息(例如，命令、設(shè)定點、操作邊界等)。例如，監(jiān)管控制器42可向ahu控制器44提供風(fēng)扇速度上限值和風(fēng)扇速度下限值。下限值可避免頻繁的部件啟動和功率征用風(fēng)扇啟動，而上限值可避免在風(fēng)扇系統(tǒng)的機械或熱限值附近的操作。在各種實施例中，ahu控制器44和監(jiān)管控制器42可為獨立的(如圖2所示)或集成的。在集成的實施方式中，ahu控制器44可為被配置成由監(jiān)管控制器42的處理器執(zhí)行的軟件模塊。

客戶端裝置46可包括一個或多個人機界面或客戶端界面(例如，圖形用戶界面、報告界面、基于文本的計算機界面、面向客戶端的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、向網(wǎng)絡(luò)客戶端提供網(wǎng)頁的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等等)以用于控制、查看或以其它方式與hvac系統(tǒng)20、其子系統(tǒng)和/或裝置交互?？蛻舳搜b置46可為計算機工作站、客戶端終端、遠程或本地界面，或任何其它類型的用戶界面裝置?？蛻舳搜b置46可為靜態(tài)終端或移動裝置。例如，客戶端裝置46可為臺式計算機、具有用戶界面的計算機服務(wù)器、膝上型計算機、平板計算機、智能電話、pda，或任何其它類型的移動或非移動裝置。

具有周期性抖動信號的極值搜索控制系統(tǒng)

現(xiàn)參考圖3，其示出根據(jù)一些實施例的具有周期性抖動信號的極值搜索控制(esc)系統(tǒng)300的框圖。esc系統(tǒng)300被示出為包括極值搜索控制器302和設(shè)施304。設(shè)施在控制理論上為過程與一個或多個機械控制輸出的組合。例如，設(shè)施304可為空氣處理單元，該空氣處理單元配置成經(jīng)由一個或多個機械控制的致動器和/或擋板控制建筑物空間內(nèi)的溫度。在各種實施例中，設(shè)施304可包括冷凍機操作過程、擋板調(diào)整過程、機械冷卻過程、通風(fēng)過程、制冷過程，或其中對設(shè)施304的輸入變量(即，操縱變量u)被調(diào)整以影響來自設(shè)施304的輸出(即，性能變量y)的任何其它過程。

極值搜索控制器302使用極值搜索控制邏輯來調(diào)節(jié)操縱變量u。例如，控制器302可使用周期性(例如，正弦)干擾信號或抖動信號來干擾操縱變量u的值以提取性能梯度p。操縱變量u可通過將周期性振蕩加至性能變量u的直流值而被干擾，該直流值可由反饋控制環(huán)確定。性能梯度p表示性能變量y相對于操縱變量u的梯度或斜率?？刂破?02使用極值搜索控制邏輯來確定操縱變量u的值，該值使性能梯度p趨向于零。

基于經(jīng)由輸入接口310從設(shè)施304作為反饋接收的性能變量y的測量結(jié)果或其它指示，控制器302可確定操縱變量u的直流值。來自設(shè)施304的測量結(jié)果可包括但不限于接收自傳感器的、關(guān)于設(shè)施304狀態(tài)的信息，或發(fā)送至系統(tǒng)中的其它裝置的控制信號。在一些實施例中，性能變量y為閥92-94之一的測得或觀察的位置。在其它實施例中，性能變量y為功率消耗、風(fēng)扇速度、擋板位置、溫度或可由設(shè)施304測得或計算的任何其它變量的測得或計算的量。性能變量y可為極值搜索控制器302經(jīng)由極值搜索控制技術(shù)搜索追求優(yōu)化的變量。性能變量y可由設(shè)施304輸出或在設(shè)施304處被觀察(例如，經(jīng)由傳感器)，并且在輸入接口310處提供至極值搜索控制器。

輸入接口310將性能變量y提供至性能梯度探頭312以檢測性能梯度314。性能梯度314可指示函數(shù)y＝f(u)的斜率，其中y表示接收自設(shè)施304的性能變量，并且u表示被提供至設(shè)施304的操縱變量。當性能梯度314為零時，性能變量y具有極值(例如，最大值或最小值)。因此，極值搜索控制器302可通過使性能梯度314趨向于零而優(yōu)化性能變量y的值。

操縱變量更新器316基于性能梯度314而產(chǎn)生更新的操縱變量u。在一些實施例中，操縱變量更新器316包括積分器以使性能梯度314趨向于零。操縱變量更新器316然后經(jīng)由輸出接口318將更新的操縱變量u提供至設(shè)施304。在一些實施例中，操縱變量u作為控制信號經(jīng)由輸出接口318被提供至擋板60-64(圖2)之一或影響擋板60-64的致動器。設(shè)施304可將操縱變量u用作設(shè)定點以調(diào)整擋板60-64的位置并由此控制被提供至溫度控制空間的室外空氣80和再循環(huán)空氣83的相對比例。

現(xiàn)參考圖4，其示出根據(jù)一些實施例的具有周期性抖動信號的另一esc系統(tǒng)400的框圖。esc系統(tǒng)400被示出為包括設(shè)施404和極值搜索控制器402?？刂破?02使用極值搜索控制策略來優(yōu)化作為輸出從設(shè)施404接收的性能變量y。優(yōu)化性能變量y可包括使y最小化、使y最大化、控制y以達到設(shè)定點，或以其它方式調(diào)控性能變量y的值。

設(shè)施404可與設(shè)施304相同或類似于設(shè)施304，如參考圖3所描述的。例如，設(shè)施404可為過程與一個或多個機械控制輸出的組合。在一些實施例中，設(shè)施404為空氣處理單元，該空氣處理單元配置成經(jīng)由一個或多個機械控制致動器和/或擋板來控制建筑物空間內(nèi)的溫度。在其它實施例中，設(shè)施404可包括冷凍機操作過程、擋板調(diào)整過程、機械冷卻過程、通風(fēng)過程，或基于一個或多個控制輸入而生成輸出的任何其它過程。

設(shè)施404可在數(shù)學(xué)上表示為輸入動態(tài)特性422、性能映射424、輸出動態(tài)特性426和干擾d的組合。在一些實施例中，輸入動態(tài)特性422為線性非時變(lti)輸入動態(tài)特性，而輸出動態(tài)特性426為lti輸出動態(tài)特性。性能映射424可為靜態(tài)非線性性能映射。干擾d可包括過程噪聲、測量噪聲或兩者的組合。雖然圖4中示出了設(shè)施404的部件，但是應(yīng)當指出的是，為了應(yīng)用esc，設(shè)施404的實際數(shù)學(xué)模型不需要是已知的。

設(shè)施404經(jīng)由輸出接口430從極值搜索控制器402接收控制輸入u(例如，控制信號、操縱變量等)。輸入動態(tài)特性422可使用控制輸入u來基于控制輸入而生成函數(shù)信號x(例如，x＝f(u))。函數(shù)信號x可被傳至性能映射424，該性能映射424根據(jù)函數(shù)信號生成輸出信號z(即，z＝f(u))。輸出信號z可被傳過輸出動態(tài)特性426以產(chǎn)生信號z'，信號z'被干擾d修正以產(chǎn)生性能變量y(例如，y＝z'+d)。性能變量y作為輸出從設(shè)備404提供并且在極值搜索控制器402處被接收。極值搜索控制器402可搜索以找出x和/或u值，該x和/或u值優(yōu)化性能映射424和/或性能變量y的輸出z。

仍參考圖4，極值搜索控制器402示出為經(jīng)由輸入接口432接收性能變量y并且將性能變量y提供至控制器402內(nèi)的控制環(huán)405?？刂骗h(huán)405被示出為包括高通濾波器406、解調(diào)元件408、低通濾波器410、積分器反饋控制器412和抖動信號元件414。控制環(huán)405可配置成利用抖動解調(diào)技術(shù)從性能變量y提取性能梯度p。積分器反饋控制器412分析性能梯度p并且調(diào)整設(shè)施輸入的直流值(即，變量w)以使性能梯度p趨向于零。

抖動解調(diào)技術(shù)的第一步由抖動信號生成器416和抖動信號元件414執(zhí)行。抖動信號生成器416生成周期性抖動信號v，該周期性抖動信號v通常為正弦信號。抖動信號元件414從抖動信號生成器416接收抖動信號v并且從控制器412接收設(shè)施輸入的直流值w。抖動信號元件414將抖動信號v與設(shè)備輸入的直流值w相組合以生成被提供至設(shè)施404的經(jīng)干擾的控制輸入u(例如，u＝w+v)。經(jīng)干擾的控制輸入u被提供至設(shè)施404并且由設(shè)施404使用以生成如先前所描述的性能變量y。

抖動解調(diào)技術(shù)的第二步由高通濾波器406、解調(diào)元件408和低通濾波器410執(zhí)行。高通濾波器406對性能變量y進行濾波并且將經(jīng)濾波的輸出提供至解調(diào)元件408。解調(diào)元件408通過使經(jīng)濾波的輸出乘以施加相移418的抖動信號v而解調(diào)高通濾波器406的輸出。該乘法運算的直流值與性能變量y相對于控制輸入u的性能梯度p成比例。解調(diào)元件408的輸出被提供至低通濾波器410，低通濾波器410提取性能梯度p(即，經(jīng)解調(diào)的輸出的直流值)。然后，將性能梯度p的估算值提供至積分器反饋控制器412，積分器反饋控制器412通過調(diào)整設(shè)施輸入u的直流值w使性能梯度估算值p趨向于零。

仍參考圖4，極值搜索控制器402被示出為包括放大器420?？善谕氖欠糯蠖秳有盘杤，以使得抖動信號v的幅值足夠大以使抖動信號v的影響在設(shè)施輸出y中是明顯的。抖動信號v的大幅值可導(dǎo)致控制輸入u中的大變化，甚至當控制輸入u的直流值w保持恒定時也是如此。圖6a-圖6b(下文更詳細地描述)示出了表示具有由周期性抖動信號v所導(dǎo)致的周期性振蕩的控制輸入u和性能變量y的圖表。由于抖動信號v的周期性性質(zhì)，設(shè)施輸入u中的大變化(即，由抖動信號v所導(dǎo)致的振蕩)對設(shè)施操作者而言通常是顯著的。

此外，可期望的是，謹慎地選擇抖動信號v的頻率以確保esc策略為有效的。例如，可期望的是，基于設(shè)施304的固有頻率ωn來選擇抖動信號頻率ωv以增強抖動信號v對性能變量y的影響。在不了解設(shè)施404的動態(tài)特性的情況下正確地選擇抖動頻率ωv可能是困難的和具有挑戰(zhàn)性的。出于這些原因，使用周期性抖動信號v是傳統(tǒng)esc的缺點之一。

在esc系統(tǒng)400中，高通濾波器406的輸出可被表示為性能變量y的值和性能變量y的預(yù)期值之間的差值，如下述等式所示：

高通濾波器的輸出：y-e[y]

其中變量e[y]為性能變量y的預(yù)期值。由解調(diào)元件408所執(zhí)行的相互關(guān)聯(lián)的結(jié)果(即，解調(diào)元件408的輸出)可被表示為高通濾波器輸出與經(jīng)相移的抖動信號的乘積，如下述等式所示：

相互關(guān)聯(lián)的結(jié)果：(y-e[y])(v-e[v])

其中變量e[v]為抖動信號v的預(yù)期值。低通濾波器410的輸出可被表示為抖動信號v和性能變量y的協(xié)方差，如下述等式所示：

低通濾波器的輸出：e[(y-e[y])(v-e[u])]≡cov(v,y)

其中變量e[u]為控制輸入u的預(yù)期值。

前述等式示出了esc系統(tǒng)400生成了抖動信號v與設(shè)施輸出(即，性能變量y)之間的協(xié)方差cov(v,y)的估算值。協(xié)方差cov(v,y)可用于esc系統(tǒng)400中作為性能梯度p的代表。例如，協(xié)方差cov(v,y)可通過高通濾波器406、解調(diào)元件408和低通濾波器410進行計算并且作為反饋輸入提供至積分器反饋控制器412。積分器反饋控制器412可調(diào)整設(shè)施輸入u的直流值w以使作為反饋控制環(huán)的一部分的協(xié)方差cov(v,y)最小化。

具有隨機激勵信號的極值搜索控制系統(tǒng)

現(xiàn)參考圖5，其示出根據(jù)一些實施例的具有隨機激勵信號的esc系統(tǒng)500的框圖。esc系統(tǒng)500被示出為包括設(shè)備504和極值搜索控制器502?？刂破?02被示出為經(jīng)由輸入接口526從設(shè)施504接收作為反饋的性能變量y，并且經(jīng)由輸出接口524將控制輸入u提供至設(shè)施504。控制器502可以類似于控制器302和402的方式操作，如參考圖3至圖4所描述。例如，控制器502可使用極值搜索控制(esc)策略來優(yōu)化作為輸出從設(shè)施504接收的性能變量y。然而，不同于以周期性抖動信號來干擾控制輸入u，控制器502可以隨機激勵信號q干擾控制輸入u?？刂破?02可調(diào)整控制輸入u以使性能變量y的梯度趨向于零。以這種方式，控制器502識別控制輸入u的值，這些值使性能變量y達到最佳值(例如，最大值或最小值)。

在一些實施例中，由控制器502所實施的esc邏輯基于接收的控制信號(例如，設(shè)定點、操作模式信號等)而生成控制輸入u的值?？刂菩盘柨山邮兆杂脩艨丶?例如，恒溫器、本地用戶界面等)、客戶端裝置536(例如，計算機終端、移動用戶裝置、蜂窩電話、膝上型計算機、平板計算機、臺式計算機等)、監(jiān)管控制器532或任何其它外部系統(tǒng)或裝置。在各種實施例中，控制器502可利用有線或無線電子數(shù)據(jù)通信直接地(例如，利用nfc、藍牙、wifi直連、線纜等)或經(jīng)由通信網(wǎng)絡(luò)534(例如，bacnet網(wǎng)絡(luò)、lonworks網(wǎng)絡(luò)、lan、wan、互聯(lián)網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)絡(luò)等)與外部系統(tǒng)和裝置通信。

設(shè)施504可類似于設(shè)施404，如參考圖4所描述的。例如，設(shè)施504可為過程與一個或多個機械控制輸出的組合。在一些實施例中，設(shè)施504為空氣處理單元，該空氣處理單元配置成經(jīng)由一個或多個機械控制致動器和/或擋板來控制建筑物空間內(nèi)的溫度。在其它實施例中，設(shè)施404可包括冷凍機操作過程、擋板調(diào)整過程、機械冷卻過程、通風(fēng)過程，或基于一個或多個控制輸入而生成輸出的任何其它過程。

設(shè)施504可在數(shù)學(xué)上表示為與動態(tài)部件串聯(lián)的靜態(tài)非線性特征。例如，設(shè)施504被示出為包括與恒定增益塊518和傳遞函數(shù)塊520串聯(lián)的靜態(tài)非線性函數(shù)塊516。雖然圖5中示出了設(shè)施504的部件，但是應(yīng)當指出的是，為了應(yīng)用esc，設(shè)施504的實際數(shù)學(xué)模型不需要是已知的。設(shè)施504經(jīng)由輸出接口524從極值搜索控制器502接收控制輸入u(例如，控制信號、操縱變量等)。非線性函數(shù)塊516可使用控制輸入u來基于控制輸入而生成函數(shù)信號x(例如，x＝f(u))。函數(shù)信號x可被傳至恒定增益塊518，恒定增益塊518使函數(shù)信號x乘以恒定增益k以生成輸出信號z(即，z＝kx)。輸出信號z可被傳過傳遞函數(shù)塊520以產(chǎn)生信號z'，信號z'被干擾d修正以產(chǎn)生性能變量y(例如，y＝z'+d)。干擾d可包括過程噪聲、測量噪聲或兩者的組合。性能變量y被提供作為來自設(shè)施504的輸出并且在極值搜索控制器502處被接收。

仍參考圖5，控制器502被示出為包括通信接口530、輸入接口526和輸出接口524。接口530和524-526可包括任何數(shù)量的插口、線路端子、線路端口、無線天線或其它通信接口以用于通信信息和/或控制信號。接口530和524-526可為相同類型的裝置或不同類型的裝置。例如，輸入接口526可配置成從設(shè)施504接收模擬反饋信號(例如，輸出變量、測得的信號、傳感器輸出、控制變量)，而通信接口530可配置成經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)534從監(jiān)管控制器532接收數(shù)字設(shè)定點信號。輸出接口524可為數(shù)字輸出(例如，光學(xué)數(shù)字接口)，該數(shù)字輸出配置成將數(shù)字控制信號(例如，操縱變量、控制輸入)提供至設(shè)施504。在其它實施例中，輸出接口524配置成提供模擬輸出信號。

在一些實施例中，接口530和524-526可結(jié)合為一個或兩個接口，而非三個獨立接口。例如，通信接口530和輸入接口526可組合為一個以太網(wǎng)接口，該以太網(wǎng)接口配置成532接收來自監(jiān)管控制器的網(wǎng)絡(luò)通信。在一些實施例中，監(jiān)管控制器532經(jīng)由以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(例如，網(wǎng)絡(luò)534)提供設(shè)定點和反饋兩者。在該實施例中，輸出接口524可專門用于設(shè)施504的受控部件。在其它實施例中，輸出接口524可為另一標準化通信接口以用于通信數(shù)據(jù)或控制信號。接口530和524-526可包括通信電子設(shè)備(例如，接收器、發(fā)射器、收發(fā)器、調(diào)制器、解調(diào)器、濾波器、通信處理器、通信邏輯模塊、緩存器、解碼器、編碼器、加密器、放大器等)，該通信電子設(shè)備配置成提供或有利于本文所描述的信號的通信。

仍參考圖5，控制器502被示出為包括具有處理器540和存儲器542的處理電路538。處理器540可為通用或?qū)Ｓ锰幚砥鳌Ｓ眉呻娐?asic)、一個或多個現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)、一組處理部件，或其它合適的處理部件。處理器540配置成執(zhí)行計算機代碼或指令，該計算機代碼或指令存儲于存儲器542中或接收自其它計算機可讀介質(zhì)(例如，cdrom、網(wǎng)絡(luò)存儲、遠程服務(wù)器等)。

存儲器542可包括一個或多個裝置(例如，存儲器單元、存儲器裝置、存儲裝置等)以用于存儲數(shù)據(jù)和/或計算機代碼來完成和/或有利于本公開所描述的各種過程。存儲器542可包括隨機存取存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、硬盤驅(qū)動存儲、臨時存儲、非易失性存儲器、閃存、光學(xué)存儲器，或用于存儲軟件對象和/或計算機指令的任何其它合適存儲器。存儲器542可包括數(shù)據(jù)庫部件、對象代碼部件、腳本部件，或用于支持本公開所描述的各種活動和信息結(jié)構(gòu)的任何其它類型的信息結(jié)構(gòu)。存儲器542可經(jīng)由處理電路538通信地連接至處理器540，并且可包括用于執(zhí)行(例如，通過處理器540)本文所描述的一個或多個過程的計算機代碼。

仍參考圖5，極值搜索控制器502被示出為經(jīng)由輸入接口526接收性能變量y并且將性能變量y提供至控制器502內(nèi)的控制環(huán)505。控制環(huán)505被示出為包括遞歸梯度估算器506、反饋控制器508和激勵信號元件510?？刂骗h(huán)505可配置成確定性能變量y相對于控制輸入u的梯度并且調(diào)整控制輸入u的直流值(即，變量w)以使得該梯度趨向于零。

遞歸梯度估算

遞歸梯度估算器506可配置成估算性能變量y相對于控制輸入u的梯度該梯度可類似于esc系統(tǒng)400中所確定的性能梯度p。然而，esc系統(tǒng)500和esc系統(tǒng)400之間的根本差別為獲取梯度的方式。在esc系統(tǒng)400中，性能梯度p經(jīng)由參考圖4所描述的抖動解調(diào)技術(shù)來獲取，其類似于協(xié)方差估算。相反，esc系統(tǒng)500中的梯度通過執(zhí)行遞歸回歸技術(shù)以估算性能變量y相對于控制輸入u的斜率而獲取。遞歸估算技術(shù)可由遞歸梯度估算器506執(zhí)行。

遞歸梯度估算器506可使用多種遞歸估算技術(shù)中的任一種來估算梯度例如，遞歸梯度估算器506可使用遞歸最小二乘(rls)估算技術(shù)來生成梯度的估算值。在一些實施例中，遞歸梯度估算器506使用指數(shù)遺忘作為rls估算技術(shù)的一部分。指數(shù)遺忘相對于批量處理減少了所需的數(shù)據(jù)存儲量。指數(shù)遺忘還允許rls估算技術(shù)保持對新近數(shù)據(jù)更靈敏并且因此對偏移的最佳點更具響應(yīng)性。可由遞歸梯度估算器506執(zhí)行的rls估算技術(shù)的一個實例在下文詳細地予以描述。

遞歸梯度估算器506被示出為從設(shè)施504接收性能變量y，并且從激勵信號元件510接收控制輸入u。在一些實施例中，遞歸梯度估算器506在一段時間內(nèi)接收性能變量y和控制輸入u的多個采樣或測量結(jié)果。遞歸梯度估算器506可使用控制輸入u在時間k的采樣以構(gòu)建如下述等式所示的輸入矢量xk：

其中uk為控制輸入u在時間k的值。類似地，遞歸梯度估算器506可構(gòu)建如下述等式所示的參數(shù)矢量

其中，參數(shù)為梯度在時間k的估算值。

遞歸梯度估算器506利用下述線性模型可估算時間k的性能變量

該模型的預(yù)測誤差為性能變量yk在時間k的實際值與性能變量在時間k的估算值之間的差值，如下述等式所示：

遞歸梯度估算器506可將估算誤差ek用于rls技術(shù)中以確定參數(shù)值可在各種實施方式中使用各種rls技術(shù)中的任一種技術(shù)。可由遞歸梯度估算器506執(zhí)行的rls技術(shù)的一個實例如下：

其中g(shù)k為增益矢量，pk為協(xié)方差矩陣，并且λ為遺忘因數(shù)(λ<1)。在一些實施例中，遺忘因數(shù)λ被定義如下：

其中，δt為取樣周期，并且τ為遺忘時間常數(shù)。

基于協(xié)方差矩陣在時間k-1的先前值pk-l、輸入矢量在時間k的值和遺忘因數(shù)，遞歸梯度估算器506可使用gk的等式來計算時間k的增益矢量gk?；谶z忘因數(shù)λ、增益矢量在時間k的值gk和輸入矢量在時間k的值遞歸梯度估算器506可使用pk的等式來計算在時間k的協(xié)方差矩陣pk?；谠跁r間k的誤差ek和在時間k的增益矢量gk，遞歸梯度估算器506可使用的等式來計算在時間k的參數(shù)矢量一旦計算出參數(shù)矢量則遞歸梯度估算器506可通過從提取參數(shù)的值來確定梯度的值，如下述等式所示：

在各種實施例中，遞歸梯度估算器506可使用多種其它遞歸估算技術(shù)中的任一種來估算例如，遞歸梯度估算器506可使用卡爾曼濾波器、歸一化梯度技術(shù)、非歸一化梯度適應(yīng)技術(shù)、遞歸貝葉斯估算技術(shù)，或各種線性或非線性濾波器中的任一種來估算在其它實施例中，遞歸梯度估算器506可使用批量估算技術(shù)而非遞歸估算技術(shù)。因此，梯度估算器506可為批量梯度估算器而非遞歸梯度估算器。在批量估算技術(shù)中，梯度估算器506可使用控制輸入u和性能變量y的一批先前值(例如，先前值或歷史值的矢量或組)作為批量回歸算法的輸入。合適的回歸算法可包括例如普通最小二乘回歸、多項式回歸、部分最小二乘回歸、脊回歸、主要成分回歸，或各種線性或非線性回歸技術(shù)中的任一種。

在一些實施例中，由于遞歸估算技術(shù)所提供的一些優(yōu)點，遞歸梯度估算器506估算使用遞歸估算技術(shù)而非批量估算技術(shù)是理想的。例如，上文所描述的遞歸估算技術(shù)(即，具有指數(shù)遺忘的rls)已示出為相對于批量最小二乘法極大地提高了梯度估算技術(shù)的性能。除了相比于批量處理需要較少數(shù)據(jù)存儲之外，具有指數(shù)遺忘的rls估算技術(shù)可保持對新近數(shù)據(jù)更靈敏性并且因此對偏移的最佳點更具響應(yīng)性。

在一些實施例中，遞歸梯度估算器506利用控制輸入u和性能變量y之間的協(xié)方差來估算梯度例如，最小二乘方法中的斜率的估算值可被定義為：

其中，cov(u,y)為控制輸入u和性能變量y之間的協(xié)方差，并且var(u)為控制輸入u的方差。遞歸梯度估算器506可利用先前等式來計算估算的斜率并且可將估算的斜率用作梯度的代表。值得注意的是，估算的斜率僅為控制輸入u和性能變量y的函數(shù)。這不同于參考圖4所描述的協(xié)方差導(dǎo)數(shù)技術(shù)，其中估算性能梯度p為抖動信號v和性能變量y之間的協(xié)方差的函數(shù)。通過以控制輸入u替代抖動信號v，控制器502可生成斜率的估算值，而無需對抖動信號v(圖4所示)或激勵信號q(圖5所示)有任何了解。

在一些實施例中，遞歸梯度估算器506使用高次模型(例如，二次模型、三次模型等)而非線性模型來估算性能變量例如，遞歸梯度估算器506可利用下述二次模型來估算在時間k的性能變量

通過將輸入矢量xk和參數(shù)矢量更新如下，其可以形式寫就：

遞歸梯度估算器506可使用二次模型來使二次曲線(而非直線)擬合于由各個時間k的控制輸入u和性能變量y的組合所定義的數(shù)據(jù)點。二次模型提供由線性模型所無法提供的二次信息，并且可用于改善反饋控制器508的收斂性。例如，利用線性模型，遞歸梯度估算器506可計算沿著曲線在特定位置的梯度(即，控制輸入u的特定值)，并且可將該梯度作為反饋信號提供。對于使用線性模型來估算的實施例，梯度(即，線性模型相對于u的導(dǎo)數(shù))為標量值。當控制器508接收梯度的標量值作為反饋信號時，控制器508可在使梯度趨向于零的方向上增量地調(diào)整控制輸入u的值，直至到達控制輸入u的最佳值(即，導(dǎo)致梯度的控制輸入u的值)為止。

利用二次模型，遞歸梯度估算器506可向反饋控制器508提供梯度的函數(shù)，而非簡單標量值。對于使用二次模型來估算的實施例，梯度(即，二次模型相對于u的導(dǎo)數(shù))為控制輸入u的線性函數(shù)(例如，)。當控制器508接收梯度的線性函數(shù)作為反饋信號時，控制器508可在解析地計算控制輸入u的最佳值，該最佳值將導(dǎo)致梯度(例如，)。因此，控制器508可利用靈活步驟來調(diào)整控制輸入u，該靈活步驟快速地接近最佳值而不依賴于增量調(diào)整和實驗來確定梯度是否向零移動。

隨機激勵信號

仍參考圖5，極值搜索控制器502被示出為包括隨機信號生成器512和積分器514。為了可靠地估算梯度理想的是在控制輸入u中提供足夠變化，該足夠變化傳至性能變量y?？刂破?02可使用隨機信號生成器512和積分器514來生成持久激勵信號q。激勵信號q可在激勵信號元件510處被加至控制輸入u的直流值w以形成控制輸入u(例如，u＝w+q)。

隨機信號生成器512可配置成生成隨機信號。在各種實施例中，隨機信號可為無規(guī)信號(例如，無規(guī)游動信號、白噪聲信號等)、非周期性信號、不可預(yù)測的信號、干擾信號，或任何其它類型的非確定性信號或非重復(fù)信號。在一些實施例中，隨機信號具有非零意義?？捎煞e分器514對隨機信號進行積分以生成激勵信號q。

激勵信號q可在控制輸入u中提供變化，該變化足夠用于由遞歸梯度估算器506執(zhí)行的梯度估算技術(shù)估算。在一些情況下，激勵信號q的添加致使控制輸入u遠離其最佳值漂移。然而，反饋控制器508可通過調(diào)整直流值w來補償該漂移，以使得控制輸入u朝向其最佳值被持續(xù)拉回。如傳統(tǒng)的esc，可選擇激勵信號q的量值(例如，由用戶手動選擇或由控制器502自動選擇)以克服性能變量y中發(fā)現(xiàn)的任何加性噪聲(例如，過程噪聲、測量噪聲等)。

由極值搜索控制器502所生成的隨機激勵信號q相比于由控制器402所生成的周期性抖動信號v具有若干優(yōu)點。例如，隨機激勵信號q相比于傳統(tǒng)周期性抖動信號v更不易于察覺。因此，隨機激勵信號q對控制輸入u的影響相比于由傳統(tǒng)周期性抖動信號v所導(dǎo)致的周期性振蕩更不明顯。圖7a至圖7b(下文更詳細地描述)示出了圖示由隨機激勵信號q和所得性能變量y所激發(fā)的控制輸入u的圖表。

隨機激勵信號q的另一優(yōu)點為調(diào)諧控制器502更簡單，因為抖動頻率ωv不再為必需的參數(shù)。因此，當生成隨機激勵信號q時，控制器502無需了解或估算設(shè)施504的固有頻率。在一些實施例中，極值搜索控制器502將多個控制輸入u提供至設(shè)施504。每個控制輸入可由獨立隨機激勵信號q激發(fā)。因為每個隨機激勵信號q為無規(guī)的，所以無需確保隨機激勵信號q彼此不相關(guān)。控制器502可計算性能變量y相對于每個控制輸入u的梯度而無需執(zhí)行專門針對頻率的抖動解調(diào)技術(shù)。

關(guān)聯(lián)系數(shù)

傳統(tǒng)esc的問題之一為：性能梯度為性能變量y的范圍或標度的函數(shù)。性能變量y的范圍或標度可取決于設(shè)施504的靜態(tài)和動態(tài)部件。例如，設(shè)施504被示出為包括與恒定增益k(即，恒定增益塊518)串聯(lián)的非線性函數(shù)f(u)(即，函數(shù)塊516)。根據(jù)該表述顯而易見的是，性能變量y的范圍或標度為恒定增益k的函數(shù)。

性能梯度的值由于非線性函數(shù)f(u)所提供的非線性可基于控制輸入u的值而改變。然而，性能梯度的標度也依賴于恒定增益k的值。例如，性能梯度可利用下述等式來確定：

其中，k為恒定增益，并且f’(u)為函數(shù)f(u)的導(dǎo)數(shù)。理想的是，縮放或歸一化性能梯度(例如，通過乘以縮放參數(shù)k)以提供一致的反饋控制環(huán)路性能。然而，在不了解性能變量y的標度的情況下(例如，在不了解設(shè)施504所應(yīng)用的恒定增益k的情況下)，確定縮放參數(shù)k的正確值可能是有難度的。

仍參考圖5，極值搜索控制器502被示出為包括關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528。關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528可配置成生成關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ，并且將關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ提供至反饋控制器508。關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ可關(guān)聯(lián)于性能梯度(例如，與成比例)，但基于性能變量y的范圍進行縮放。例如，關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ可為性能梯度的歸一化量度(例如，縮放至范圍0≤ρ≤1)。

關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528被示出為將控制輸入u和性能變量y作為輸入接收。關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528可基于控制輸入u和性能變量y的方差和協(xié)方差而生成關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ，如下述等式所示：

其中，cov(u,y)為控制輸入u和性能變量y之間的協(xié)方差，var(u)為控制輸入u的方差，并且var(y)為性能變量y的方差。先前等式可以按照控制輸入u的標準偏差σu和性能變量y的標準偏差σy重寫如下:

其中，并且

在一些實施例中，關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528利用遞歸估算技術(shù)來估算關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ。例如，關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528可利用下述等式計算控制輸入u和性能變量y的指數(shù)加權(quán)移動平均數(shù)(ewma)：

其中，和為控制輸入u和性能變量y在時間k的ewma，為控制輸入u和性能變量y在時間k-1的先前ewma，uk和yk為控制輸入u和性能變量y在時間k的當前值，k為每個變量的已被收集的采樣總數(shù)，并且w為遺忘窗口的持續(xù)時間。

類似地，關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528可利用下述等式計算控制輸入方差vαr(u)、性能變量方差var(y)和協(xié)方差cov(u,y)的ewma：

其中，vu,k、vy,k和ck分別為在時間k的控制輸入方差var(u)、性能變量方差var(y)和協(xié)方差cov(u,y)的ewma。vu,k-l、vy,k-l和ck-l分別為在時間k-1的控制輸入方差var(u)、性能變量方差var(y)和協(xié)方差cov(u,y)的ewma。關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528可利用下述等式基于這些遞歸估算值而生成關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ的估算值：

在一些實施例中，關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528基于估算的斜率而生成關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ。如先前所描述的，估算的斜率可利用下述等式進行計算：

其中，cov(u,y)為控制輸入u和性能變量y之間的協(xié)方差，并且var(u)為控制輸入u的方差(即，)。關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528可利用下述等式根據(jù)斜率計算關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ：

根據(jù)先前等式，可看出，當標準偏差σu和σy相等時(即，當σu＝σy時)，關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ和估算的斜率相等。

關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528可從遞歸梯度估算器506接收估算的斜率或可利用控制輸入u和性能變量y的一組值計算估算的斜率例如，假設(shè)u和y中具有有限方差，關(guān)聯(lián)系數(shù)估算器528可利用下述最小二乘估算等式對斜率進行估算：

對于小范圍的控制輸入u，可使用估算的斜率作為性能梯度的代表，如下述等式所示：

如先前等式所示，估算的斜率包括可為未知量的恒定增益k。然而，標準偏差σu和σy所提供的歸一化消除了恒定增益k的影響。例如，性能變量y的標準偏差σy與控制輸入u的標準偏差σu相關(guān)，如下述等式所示：

σy＝kσu

使估算的斜率乘以比率以計算關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ等同于除以恒定增益k。關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ和估算的斜率均指示控制輸入u和性能變量y之間的關(guān)系的強度。然而，關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ具有進行歸一化的優(yōu)點，這使得對反饋控制環(huán)路的調(diào)諧更簡單。

在一些實施例中，關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ由反饋控制器508使用以取代性能梯度例如，反饋控制器508可調(diào)整控制輸入u的直流值w以使關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ趨向于零。利用關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ以取代性能梯度的一個優(yōu)點為反饋控制器508所使用的調(diào)諧參數(shù)可為調(diào)諧參數(shù)的廣義集，該調(diào)諧參數(shù)的廣義集無需基于性能變量y的標度進行定制或調(diào)整。該優(yōu)點省去了對反饋控制器508執(zhí)行專門針對控制環(huán)路的調(diào)諧的需求并允許反饋控制器508使用調(diào)諧參數(shù)的廣義集，該調(diào)諧參數(shù)可應(yīng)用于許多不同控制環(huán)路和/或設(shè)施。

實例圖表

現(xiàn)參考圖6a至圖7b，其示出根據(jù)一些實施例的將極值搜索控制器402和極值搜索控制器502的性能相比較的一些圖表600-750?？刂破?02和502用于控制動態(tài)系統(tǒng)，該動態(tài)系統(tǒng)具有u＝2的最佳控制輸入值和y＝-10的最佳性能變量?？刂破?02和502均以u＝4的值開始，并且允許利用參考圖4至圖5所描述的極值搜索控制技術(shù)來調(diào)整控制輸入u的值?？刂破?02使用周期性抖動信號v，而控制器502使用隨機激勵信號q。

特別地參考圖6a至圖6b，圖表600和650示出了極值搜索控制器402的性能，如參考圖4所描述的?？刂破?02使用周期性抖動信號v來干擾控制輸入u。圖表600示出了控制輸入u在各個采樣時間的值，而圖表650示出了性能變量y的對應(yīng)值?？刂戚斎雞以u＝4的值開始，并且利用周期性(即，正弦)抖動信號v來被干擾。周期性抖動信號v所導(dǎo)致的振蕩干擾在控制輸入u和性能變量y中均可見。

特別地參考圖7a至圖7b，圖表700和750示出了極值搜索控制器502的性能，如參考圖5所描述的。控制器502使用隨機激勵信號q來干擾控制輸入u。圖表700示出了控制輸入u在各個采樣時間的值，而圖表750示出了性能變量y的對應(yīng)值?？刂戚斎雞以u＝4的值開始，并且利用隨機激勵信號q被干擾。隨機激勵信號q將無規(guī)游動應(yīng)用于控制輸入u。然而，因為隨機激勵信號q為非周期性和有效的小幅值，所以隨機激勵信號q所導(dǎo)致的干擾在圖表700和750中幾乎不可分辨。另外，圖表700中的控制輸入u相比于圖表600中的控制輸入更迅速地達到最佳值。

極值搜索控制技術(shù)

現(xiàn)參考圖8，其示出根據(jù)一些實施例的圖示極值搜索控制(esc)技術(shù)的流程圖800。流程圖800中所示的esc技術(shù)可由反饋控制器(例如，控制器502)的一個或多個部件來執(zhí)行以監(jiān)測和控制設(shè)施(例如，設(shè)施504)。例如，控制器502可使用esc技術(shù)通過以隨機激勵信號q干擾控制輸入u來確定被提供至設(shè)施504的控制輸入u的最佳值。

流程圖800示出為包括將控制輸入u提供至設(shè)施(框802)并且從設(shè)施接收作為反饋的性能變量y(框804)?？刂戚斎雞可由極值搜索控制器和/或反饋控制器向設(shè)施提供?？刂破骺蔀橄惹八枋龅目刂破髦械娜我徽?例如，控制器302、控制器402、控制器502等)或?qū)⒖刂戚斎雞提供至設(shè)施的任何其它類型的控制器。在一些實施例中，控制器為極值搜索控制器，該極值搜索控制器配置成通過調(diào)整控制輸入u來達到性能變量y的最佳值。最佳值可為性能變量y的極值(例如，最大值或最小值)。

設(shè)施在控制理論上為過程和一個或多個機械控制輸出的組合。設(shè)施可為先前所描述的設(shè)施中的任一者(例如，設(shè)施304、設(shè)施404、設(shè)施504等)或任何其它可控系統(tǒng)或過程。例如，設(shè)施可為空氣處理單元，該空氣處理單元配置成經(jīng)由一個或多個機械控制致動器和/或擋板來控制建筑物空間內(nèi)的溫度。在各種實施例中，設(shè)施可包括冷凍機操作過程、擋板調(diào)整過程、機械冷卻過程、通風(fēng)過程、制冷過程，或其中對設(shè)施的控制輸入u被調(diào)整以影響性能變量y的任何其它過程。性能變量y可為由設(shè)施的一個或多個傳感器所觀察到的測得變量(例如，測得溫度、測得功率消耗、測得流速等)、基于測得值或觀察值的計算變量(例如，計算效率、計算功率消耗、計算成本等)，或指示設(shè)施響應(yīng)于控制輸入u的性能的任何其它類型的變量。

流程圖800被示出為包括估算性能變量y相對于控制輸入u的梯度(框806)。在一些實施例中，梯度為參考圖4所描述的性能梯度p。在其它實施例中，梯度可為參考圖5所描述的性能梯度或估算的斜率例如，梯度可為由函數(shù)y＝f(u)在沿著曲線的特定位置(例如，以u的特定值)所定義的該曲線的斜率或?qū)?shù)。可利用控制輸入u和性能變量y的一對或多對值來估算梯度。

在一些實施例中，通過執(zhí)行遞歸梯度估算技術(shù)來估算梯度。遞歸梯度估算技術(shù)可包括獲取作為控制輸入u的函數(shù)的性能變量y的模型。例如，可利用下述線性模型估算梯度：

其中，xk為輸入矢量，并且為參數(shù)矢量。輸入矢量xk和參數(shù)矢量可定義如下：

其中，uk為控制輸入u在時間k的值，并且參數(shù)為梯度在時間k的估算值。

該模型的預(yù)測誤差為性能變量yk在時間k的實際值和性能變量在時間k的估算值之間的差值，如下述等式所示：

估算誤差ek可用于遞歸梯度估算技術(shù)中來確定參數(shù)值可使用各種回歸技術(shù)中的任一種來估算參數(shù)矢量的值。

在一些實施例中，可使用高次模型(例如，二次模型、三次模型等)而非線性模型來估算梯度。例如，可使用下述二次模型來估算在沿著由該模型所定義的曲線的特定位置的梯度

在一些實施例中，利用具有指數(shù)遺忘的遞歸最小二乘(rls)估算技術(shù)來估算梯度。各種rls技術(shù)中的任一種可用于各種實施方式中?？蓤?zhí)行以估算梯度的rls技術(shù)的一個實例示出于下述等式中，可求解該等式以確定參數(shù)矢量的值。

其中，gk為增益矢量，pk為協(xié)方差矩陣，并且λ為遺忘因數(shù)(λ<1)。在一些實施例中，遺忘因數(shù)λ被定義如下：

其中，δt為采樣周期，并且τ為遺忘時間常數(shù)。一旦計算出參數(shù)矢量則可通過從提取參數(shù)的值來估算梯度。

在各種實施例中，可利用多種其它遞歸估算技術(shù)中的任一種來估算梯度。例如，可利用卡爾曼濾波器、歸一化梯度技術(shù)、非歸一化梯度適應(yīng)技術(shù)、遞歸貝葉斯估算技術(shù)，或各種線性或非線性濾波器中的任一種來估算梯度。在一些實施例中，可利用批量估算技術(shù)而非遞歸估算技術(shù)來估算梯度。在批量估算技術(shù)中，控制輸入u和性能變量y的成批先前值(例如，先前值或歷史值的矢量或組)可用作批量回歸算法的輸入。合適的回歸算法可包括例如普通最小二乘回歸、多項式回歸、部分最小二乘回歸、脊回歸、主要成分回歸，或各種線性或非線性回歸技術(shù)中的任一種。

在一些實施例中，可利用控制輸入u和性能變量y之間的協(xié)方差估算梯度。例如，最小二乘方法中對斜率的估算值可被定義為：

其中，cov(u,y)為控制輸入u和性能變量y之間的協(xié)方差，并且var(u)為控制輸入u的方差。估算的斜率可利用先前等式進行計算，并且被用作梯度的代表。

仍參考圖8，流程圖800被示出為包括通過調(diào)節(jié)反饋控制器的輸出使估算梯度趨向于零(框808)。在一些實施例中，反饋控制器為圖5所示的反饋控制器508。反饋控制器可將估算梯度作為輸入接收，并且可調(diào)節(jié)其輸出(例如，直流輸出w)以使估算梯度趨向于零。反饋控制器可增大或減小直流輸出w的值，直至達到直流輸出w的最佳值為止。直流輸出w的最佳值可被定義為導(dǎo)致性能變量y的最佳值(例如，最大值或最小值)的值。當梯度為零時，性能變量y的最佳值出現(xiàn)。因此，通過調(diào)節(jié)其輸出w以使梯度趨向于零，反饋控制器可達到性能變量y的最佳值。

流程圖800示出為包括生成隨機激勵信號q(框810)和通過以隨機激勵信號q干擾反饋控制器的輸出w而生成新的控制輸入u(框812)。隨機激勵信號q可由隨機信號生成器512和/或積分器514生成，如參考圖5所描述的。在各種實施例中，隨機信號可為無規(guī)信號(例如，無規(guī)游動信號、白噪聲信號等)、非周期性信號、不可預(yù)測的信號、干擾信號，或任何其它類型的非確定性或非重復(fù)信號。在一些實施例中，隨機信號具有非零意義?？梢詫﹄S機信號進行積分以生成激勵信號q。

隨機激勵信號q可被加至由反饋控制器所生成的直流值w以形成新的控制輸入u(例如，u＝w+q)。在生成新的控制輸入u之后，該新的控制輸入u可被提供至設(shè)施(框802)并且可重復(fù)esc控制技術(shù)。隨機激勵信號q可在控制輸入u中提供變化，該變化足以在框806估算性能梯度。在一些情況下，激勵信號q的添加致使控制輸入u遠離其最佳值地漂移。然而，反饋控制器可通過調(diào)整直流值w來補償該漂移，以使得控制輸入u朝向其最佳值被持續(xù)拉回。如傳統(tǒng)esc，可選擇激勵信號q的量值(例如，由用戶手動選擇或由控制器自動選擇)以克服性能變量y中可發(fā)現(xiàn)的任何加性噪聲(例如，過程噪聲、測量噪聲等)。

隨機激勵信號q相對于周期性抖動信號v具有若干優(yōu)點。例如，隨機激勵信號q相比于傳統(tǒng)周期性抖動信號v更不易于察覺。因此，隨機激勵信號q對控制輸入u的影響相比于由傳統(tǒng)周期性抖動信號v所導(dǎo)致的周期性振蕩更不明顯。隨機激勵信號q的另一優(yōu)點為調(diào)諧控制器更簡單，因為抖動頻率ωv不再為必需的參數(shù)。因此，當生成隨機激勵信號q時，控制器無需了解或估算設(shè)施的固有頻率。

現(xiàn)參考圖9，其示出根據(jù)一些實施例圖示另一極值搜索控制(esc)技術(shù)的流程圖900。流程圖900中所示的esc技術(shù)可由反饋控制器(例如，控制器502)的一個或多個部件來執(zhí)行以監(jiān)測和控制設(shè)施(例如，設(shè)施504)。例如，控制器502可使用esc技術(shù)來估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ，該歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ使設(shè)施的輸出(例如，性能變量y)與被提供至設(shè)施的控制輸入u相關(guān)。控制器502可通過使歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ趨向于零來確定控制輸入u的最佳值。

流程圖900被示出為包括將控制輸入u提供至設(shè)施(框902)并且從設(shè)施接收作為反饋的性能變量y(框904)?？刂戚斎雞可由極值搜索控制器和/或反饋控制器向設(shè)施提供?？刂破骺蔀橄惹八枋龅目刂破髦械娜我徽?例如，控制器302、控制器402、控制器502等)或?qū)⒖刂戚斎雞提供至設(shè)施的任何其它類型的控制器。在一些實施例中，控制器為極值搜索控制器，該極值搜索控制器配置成通過調(diào)整控制輸入u來達到性能變量y的最佳值。最佳值可為性能變量y的極值(例如，最大值或最小值)。

設(shè)施在控制理論上為過程和一個或多個機械控制輸出的組合。設(shè)施可為先前所描述的設(shè)施中的任一者(例如，設(shè)施304、設(shè)施404、設(shè)施504等)或任何其它可控系統(tǒng)或過程。例如，設(shè)施可為空氣處理單元，該空氣處理單元配置成經(jīng)由一個或多個機械控制致動器和/或擋板來控制建筑物空間內(nèi)的溫度。在各種實施例中，設(shè)施可包括冷凍機操作過程、擋板調(diào)整過程、機械冷卻過程、通風(fēng)過程、制冷過程，或其中對設(shè)施的控制輸入u被調(diào)整以影響性能變量y的任何其它過程。性能變量y可為由設(shè)施的一個或多個傳感器所觀察的測得變量(例如，測得溫度、測得功率消耗、測得流速等)、基于測得值或觀察值的計算變量(例如，計算出的效率、計算出的功率消耗、計算出的成本等)，或指示響應(yīng)于控制輸入u的設(shè)施的性能的任何其它類型的變量。

流程圖900被示出為包括估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ，該歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ使性能變量y與控制輸入u相關(guān)。關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ可與性能梯度相關(guān)(例如，與成比例)，但基于性能變量y的范圍進行縮放。例如，關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ可為性能梯度的歸一化量度(例如，縮放至范圍0≤ρ≤1)。

在一些實施例中，可基于控制輸入u和性能變量y的方差和協(xié)方差來估算關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ，如下述等式所示：

其中，cov(u,y)為控制輸入u和性能變量y之間的協(xié)方差，var(u)為控制輸入u的方差，并且var(y)為性能變量y的方差。先前等式可以按照控制輸入u的標準偏差σu和性能變量y的標準偏差σy重寫如下：

其中，并且

在一些實施例中，可利用遞歸估算技術(shù)來估算關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ。遞歸估算技術(shù)可包括計算控制輸入u和性能變量y的指數(shù)加權(quán)移動平均數(shù)(ewma)。例如，控制輸入u和性能變量y的ewma可利用下述等式進行計算：

其中，和為控制輸入u和性能變量y在時間k的ewma，和為控制輸入u和性能變量y在時間k-1的先前ewma，uk和yk為控制輸入u和性能變量y在時間k的當前值，k為每個變量已收集的采樣的總數(shù)，并且w為遺忘窗口的持續(xù)時間。

也可利用下述等式對于控制輸入方差var(u)、性能變量方差var(y)和協(xié)方差cov(u,y)來計算ewma：

其中，vu,k、vy,k和ck分別為在時間k的控制輸入方差vαr(u)、性能變量方差var(y)和協(xié)方差cov(u,y)的ewma。vu,k-1、vy,k-1和ck-1分別為在時間k-1的控制輸入方差varu)、性能變量方差var(y)和協(xié)方差cov(u,y)的ewma?？衫孟率龅仁交谶@些遞歸估算值來估算關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ：

在一些實施例中，基于估算的斜率來估算關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ。如先前所描述的，可利用下述等式來計算估算的斜率

其中，cov(u,y)為控制輸入u和性能變量y之間的協(xié)方差，并且vαr(u)為控制輸入u的方差(即，)?？衫孟率龅仁礁鶕?jù)斜率計算關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ：

根據(jù)先前等式，可看出，當標準偏差σu和σy相等時(即，當σu＝σy時)，關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ和估算的斜率相等。

在一些實施例中，估算的斜率可利用控制輸入u和性能變量y的一組值來計算估算的斜率例如，假設(shè)u和y中具有有限的方差，可利用下述最小二乘估算來估算的斜率

對于小范圍的控制輸入u，估算的斜率可用作性能梯度的代表，如下述等式所示：

如先前等式所示，估算的斜率包括可為未知量的恒定增益k。然而，標準偏差σu和σy所提供的歸一化消除了恒定增益k的影響。例如，性能變量y的標準偏差σy與控制輸入u的標準偏差σu相關(guān)，如下述等式所示：

σy＝kσu

使估算的斜率乘以比率以計算關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ等同于除以恒定增益k。關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ和估算的斜率均指示控制輸入u和性能變量y之間的關(guān)系的強度。然而，關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ具有進行歸一化的優(yōu)點，這使得對反饋控制環(huán)路的調(diào)諧更簡單。

仍參考圖9，流程圖900被示出為包括通過調(diào)節(jié)反饋控制器的輸出使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ趨向于零(框908)。在一些實施例中，反饋控制器為圖5所示的反饋控制器508。反饋控制器可將估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ作為輸入接收，并且可調(diào)節(jié)其輸出(例如，直流輸出w)以使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ趨向于零。反饋控制器可增大或減小直流輸出w的值，直至達到直流輸出w的最佳值為止。直流輸出w的最佳值可被定義為導(dǎo)致性能變量y的最佳值(例如，最大值或最小值)的值。當梯度為零時，性能變量y的最佳值出現(xiàn)。因此，反饋控制器可通過調(diào)節(jié)其輸出w以使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ趨向于零而達到性能變量y的最佳值。

流程圖900被示出為包括生成激勵信號(框910)和通過以激勵信號干擾反饋控制器的輸出w而生成新的控制輸入u(框912)。在各種實施例中，激勵信號可為如參考圖3至圖4所描述的周期性抖動信號v或如參考圖5所描述的隨機激勵信號q。激勵信號可被加至由反饋控制器所生成的直流值w以形成新的控制輸入u(例如，u＝w+q或u＝w+v)。在生成新的控制輸入u之后，該新的控制輸入u可被提供至設(shè)施(框902)并且可重復(fù)esc控制技術(shù)。

激勵信號可在控制輸入u中提供變化，該變化足以在框906估算關(guān)聯(lián)系數(shù)ρ。在一些情況下，激勵信號的添加致使控制輸入u遠離其最佳值地漂移。然而，反饋控制器通過調(diào)整直流值w可補償該漂移，以使得控制輸入u朝向其最佳值被持續(xù)拉回?？蛇x擇激勵信號的量值(例如，由用戶手動選擇或由控制器自動選擇)以克服性能變量y中可發(fā)現(xiàn)的任何加性噪聲(例如，過程噪聲、測量噪聲等)。

實例實施方式

現(xiàn)參考圖10a至圖16c，其示出了本公開的極值搜索控制系統(tǒng)和方法的一些實例性實施方式。圖10a至圖16c所示的實施方式示出了設(shè)施504、控制輸入u和性能變量y的各種實施例，該設(shè)施504可由極值搜索控制器502控制，該控制輸入u可通過極值搜索控制器502被提供至設(shè)施504，該性能變量y可由極值搜索控制器502作為反饋從設(shè)施504接收。

冷凍水設(shè)施1000

特別地參考圖10a，其示出了根據(jù)一些實施例的冷凍水設(shè)施1000。冷凍水設(shè)施1000被示出為包括冷凍機1002、冷卻塔1004和空氣處理單元(ahu)1006。冷凍機1002包括冷凝器1018、蒸發(fā)器1020和壓縮器1034。壓縮器1034配置成使制冷劑經(jīng)由制冷環(huán)路1026在冷凝器1018和蒸發(fā)器1020之間循環(huán)。冷凍機1002還包括冷凝器1018和蒸發(fā)器1020之間的制冷環(huán)路1026上的至少一個膨脹閥。冷凍機1002利用蒸汽壓縮制冷循環(huán)進行操作，在蒸汽壓縮制冷循環(huán)中，制冷環(huán)路1026中的制冷劑吸收蒸發(fā)器1020中的熱量并且將冷凝器1018中的熱量逐出。冷凍機1002可包括任何數(shù)量的傳感器、控制閥，和/或協(xié)助冷凍機1002的制冷循環(huán)操作的其它部件。

冷凍機1002通過冷凝水環(huán)路1022與冷卻塔1004連接。沿著冷凝水環(huán)路1022定位的水泵1014經(jīng)由冷凝水環(huán)路1022使冷凝水在冷卻塔1004和冷凍機1002之間循環(huán)。泵1014可為固定速度泵或可變速度泵。冷凝水環(huán)路1022使冷凝水循環(huán)通過冷凝器1018，在那里冷凝水從制冷環(huán)路1026中的制冷劑吸收熱量。然后，加熱冷凝水被遞送至冷卻塔1004，在那里冷凝水將熱量驅(qū)逐至周圍環(huán)境。冷卻塔風(fēng)扇系統(tǒng)1036提供通過冷卻塔1004的空氣流以有利于使該冷卻塔1004內(nèi)的冷凝水冷卻。然后，被冷卻的冷凝水通過泵1014泵送回至冷凍機1002。

冷凍機1002經(jīng)由冷凍流體環(huán)路1024與ahu1006連接。沿著冷凍流體環(huán)路1024定位的冷凍流體泵1016使冷凍流體在冷凍機1002和ahu1006之間循環(huán)。泵1016可為固定速度泵或可變速度泵。冷凍流體環(huán)路1024使冷凍流體循環(huán)通過蒸發(fā)器1020，在那里冷凍流體將熱量驅(qū)逐至制冷環(huán)路1026中的制冷劑。然后，冷凍流體被遞送至ahu1006，在那里冷凍流體從傳過ahu1006的供應(yīng)空氣吸收熱量，從而對該供應(yīng)空氣提供冷卻。然后，被加熱的流體通過泵1016被泵送回至冷凍機1002。

在圖10a所示的實施例中，ahu1006被示出為經(jīng)濟型空氣處理單元。經(jīng)濟型ahu改變ahu用于冷卻的室外空氣和返回空氣的量。ahu1006示出為包括經(jīng)濟型控制器1032，該經(jīng)濟型控制器1032利用一種或多種算法(例如，基于狀態(tài)的算法、極值搜索控制算法等)以影響ahu1006的致動器和擋板或風(fēng)扇。被供應(yīng)至ahu1006的冷凍流體的流量也能可變地受到控制。例如，pi控制1008被示出為對閥1038進行控制，閥1038調(diào)控至ahu1006的冷凍流體的流量。pi控制1008可控制至ahu1006的冷凍流體流量以達到設(shè)定點供應(yīng)空氣溫度。經(jīng)濟型控制器1032、冷凍機1002的控制器和pi控制1008可由一個或多個建筑物管理系統(tǒng)(bms)控制器1010監(jiān)管。

一般來講，bms控制器為基于計算機的系統(tǒng)，該基于計算機的系統(tǒng)配置成控制、監(jiān)測和管理建筑物或建筑物區(qū)域之內(nèi)或周圍的設(shè)備。bms控制器可包括由江森自控公司(johnsoncontrols,inc.)出售的牌建筑物控制器或其它裝置。bms控制器1010可提供一個或多個人機界面或客戶端界面(例如，圖形用戶界面、報告界面、基于文本的計算機界面、面向客戶端的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、向網(wǎng)絡(luò)客戶端提供網(wǎng)頁的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等等)以用于控制、查看或以其它方式與bms、其子系統(tǒng)和設(shè)備交互。例如，bms控制器1010可提供基于網(wǎng)絡(luò)的圖形用戶界面，該基于網(wǎng)絡(luò)的圖形用戶界面允許用戶設(shè)定建筑物空間的期望設(shè)定點溫度。bms控制器1010可使用bms傳感器1012(經(jīng)由有線或無線bms或it網(wǎng)絡(luò)連接至bms控制器1010)來確定是否達到建筑物空間的設(shè)定點溫度。bms控制器1010可使用此類確定結(jié)果來將命令提供至pi控制1008、冷凍機1002、經(jīng)濟型控制器1032，或建筑物hvac系統(tǒng)的其它部件。

在一些實施例中，極值搜索控制器502不從bms控制器1010接收控制命令，或不使其輸出計算基于來自bms控制器1010的輸入。在其它實施例中，極值搜索控制器502從bms控制器1010接收信息(例如，命令、設(shè)定點、操作邊界等)。例如，bms控制器1010可向極值搜索控制器502提供風(fēng)扇速度上限值和風(fēng)扇速度下限值。下限值可避免頻繁的部件和功率征用風(fēng)扇啟動，而上限值可避免在風(fēng)扇系統(tǒng)的機械或熱限值附近的操作。

極值搜索控制器502被示出為接收表示總功率的功率輸入p總，該總功率包括冷卻塔風(fēng)扇系統(tǒng)1036消耗的功率p塔、冷凝器水泵1014消耗的功率p泵和冷凍機1002的壓縮器1034消耗的功率p冷凍機(即，p總＝p塔+p泵+p冷凍機)。如圖10a所示，功率輸入p塔、p泵和p冷凍機可在求和框1040處在極值搜索控制器502之外進行求和以提供表示總功率p總的組合信號。在其它實施例中，極值搜索控制器502接收各個功率輸入p塔、p泵和p冷凍機，并且執(zhí)行求和框1040的求和。在任一種情況下，極值搜索控制器502可說是接收功率輸入p塔、p泵和p冷凍機，即使功率輸入作為表示總系統(tǒng)功率的單個求和或組合的信號p總被提供。

在一些實施例中，總系統(tǒng)功率p總為極值搜索控制器502嘗試優(yōu)化(例如，最小化)的性能變量?？傁到y(tǒng)功率p總可包括冷凍水設(shè)施1000的一個或多個部件的功率消耗。在圖10a所示的實施例中，總系統(tǒng)功率p總包括p塔、p泵和p冷凍機。然而，在各種其它實施例中，總系統(tǒng)功率p總可包括功率輸入的任何組合。例如，總系統(tǒng)功率p總可包括ahu1006內(nèi)的風(fēng)扇的功率消耗、冷凍流體泵1016的功率消耗，和/或發(fā)生于冷凍水設(shè)施1000內(nèi)的任何其它功率消耗。

極值搜索控制器502被示出為將溫度設(shè)定點tsp提供至反饋控制器1028。在一些實施例中，溫度設(shè)定點tsp為操縱變量，極值搜索控制器502調(diào)整該操縱變量以影響總系統(tǒng)功率p總。溫度設(shè)定點tsp為從冷卻塔1004提供至冷凍機1002的冷凝水tcw的溫度的設(shè)定點。冷凝水溫度tcw可由溫度傳感器1030測量，溫度傳感器1030沿著冷凝水環(huán)路1022位于冷卻塔1004和冷凍機1002之間(例如，泵1014的上游或下游)。反饋控制器1028被示出為將冷凝水溫度tcw作為反饋信號接收。

反饋控制器1028可操作冷卻塔風(fēng)扇系統(tǒng)1036和/或冷凝器水泵1014以達到由極值搜索控制器502所提供的溫度設(shè)定點tsp。例如，反饋控制器1028可增大冷凝器水泵1014的速度以增大從冷凝器1018中的制冷劑所移除的熱量的量，或可減小冷凝器水泵1014的速度以減小從冷凝器1018中的制冷劑所移除的熱量的量。類似地，反饋控制器1028可增大冷卻塔風(fēng)扇系統(tǒng)1036的速度以增大由冷卻塔1004從冷凝水所移除的熱量的量，或可減小冷卻塔風(fēng)扇系統(tǒng)1036的速度以減小由冷卻塔1004從冷凝水所移除的熱量的量。

極值搜索控制器502實施極值搜索控制策略，該極值搜索控制策略動態(tài)地搜索未知輸入(例如，最佳冷凝水溫度設(shè)定點tsp)以獲取趨于接近最佳的系統(tǒng)性能(例如，總功率消耗p總)。雖然反饋控制器1028和極值搜索控制器502被示出為獨立器件，但可以預(yù)見的是，反饋控制器1028和極值搜索控制器502可在一些實施例中組合成單個裝置(例如，執(zhí)行極值搜索控制器502和反饋控制器1028兩者功能的單個控制器)。例如，極值搜索控制器502可配置成直接地控制冷卻塔風(fēng)扇系統(tǒng)1036和冷凝器水泵1014，而無需中間的反饋控制器1028。

現(xiàn)參考圖10b和圖10c，其示出根據(jù)一些實施例圖示冷凍水設(shè)施1000中的極值控制器502的操作的一對流程圖1050和1070。在兩個流程圖1050和1070中，極值搜索控制器502將溫度設(shè)定點tsp提供至反饋控制器1028，反饋控制器1028操作以控制冷凍水設(shè)施1000中的冷凝水溫度tcw(框1052和1072)。極值搜索控制器502可將冷凍水設(shè)施1000的總功率消耗p總作為反饋信號接收(框1054和1074)。

在流程圖1050中，極值搜索控制器502估算總功率消耗p總相對于冷凝水溫度設(shè)定點tsp的梯度(框1056)。通過調(diào)節(jié)溫度設(shè)定點tsp而使獲取的梯度趨向于零，極值搜索控制器502可對冷凍水設(shè)施1000提供控制(框1058)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成隨機激勵信號(框1060)并且使用隨機激勵信號來生成新的冷凝水溫度設(shè)定點tsp。例如，通過以隨機激勵信號干擾冷凝水溫度設(shè)定點tsp，極值搜索控制器502可生成新的溫度設(shè)定點tsp(框1062)。

在流程圖1070中，極值搜索控制器502估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)，所述歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)使總功率消耗p總與冷凝水溫度設(shè)定點tsp相關(guān)(框1076)。通過調(diào)節(jié)溫度設(shè)定點tsp以使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)趨向于零，極值搜索控制器502可提供對冷凍水設(shè)施1000的控制(框1078)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成激勵信號(框1080)并且使用激勵信號來生成新的冷凝水溫度設(shè)定點tsp。例如，通過以激勵信號干擾冷凝水溫度設(shè)定點tsp，極值搜索控制器502可生成新的溫度設(shè)定點tsp(框1082)。

冷凍水設(shè)施1100

現(xiàn)參考圖11a，其示出根據(jù)一些實施例的另一冷凍水設(shè)施1100。冷凍水設(shè)施1100可包括如參考圖10a所描述的冷凍水設(shè)施1000的一些或全部的部件。例如，冷凍水設(shè)施1100被示出為包括冷凍機1102、冷卻塔1104和空氣處理單元(ahu)1106。冷凍機1102通過冷凝水環(huán)路1122與冷卻塔1104連接。沿著冷凝水環(huán)路1122定位的水泵1114使冷凝水在冷卻塔1104和冷凍機1002之間循環(huán)。冷卻塔風(fēng)扇系統(tǒng)1136提供通過冷卻塔1104的空氣流以有利于冷卻該冷卻塔1104內(nèi)的冷凝水。冷凍機1002還經(jīng)由冷凍流體環(huán)路1124與ahu1106連接。沿著冷凍流體環(huán)路1124定位的冷凍流體泵1116使冷凍流體在冷凍機1102和ahu1106之間循環(huán)。

極值搜索控制器502被示出為接收表示總功率的功率輸入p總，該總功率包括冷卻塔風(fēng)扇系統(tǒng)1136消耗的功率p塔、冷凝器水泵1114消耗的功率p泵和冷凍機1102的壓縮器1134消耗的功率p冷凍機(即，p總＝p塔+p泵+p冷凍機)。在一些實施例中，總系統(tǒng)功率p總為極值搜索控制器502嘗試優(yōu)化(例如，最小化)的性能變量。在圖11a所示的實施例中，總系統(tǒng)功率p總包括p塔、p泵和p冷凍機。然而，在各種其它實施例中，總系統(tǒng)功率p總可包括功率輸入的任何組合。例如，總系統(tǒng)功率p總可包括ahu1106內(nèi)的風(fēng)扇的功率消耗、冷凍流體泵1116的功率消耗，和/或發(fā)生于冷凍水設(shè)施1100內(nèi)的任何其它功率消耗。

極值搜索控制器502示出為提供第一控制信號和第二控制信號，該第一控制信號調(diào)控冷卻塔風(fēng)扇系統(tǒng)1136的風(fēng)扇速度fansp，該第二控制信號調(diào)控冷凝器水泵1114的泵速度pumpsp。在一些實施例中，風(fēng)扇速度fansp和泵速度pumpsp為操縱變量，極值搜索控制器502調(diào)整該操縱變量以影響總系統(tǒng)功率p總。例如，極值搜索控制器502可增大泵速度pumpsp以增大從冷凝器1118中的制冷劑所移除的熱量的量，或可減小泵速度pumpsp以減小從冷凝器1118中的制冷劑所移除的熱量的量。類似地，極值搜索控制器502可增大風(fēng)扇速度fansp以增大由冷卻塔1104從冷凝水所移除的熱量的量，或可減小風(fēng)扇速度fansp以減小由冷卻塔1104從冷凝水所移除的熱量的量。

現(xiàn)參考圖11b和圖11c，其示出根據(jù)一些實施例的圖示冷凍水設(shè)施1100中的極值控制器502的操作的一對流程圖1150和1170。在兩個流程圖1150和1170中，極值搜索控制器502將風(fēng)扇速度控制信號fansp提供至冷卻塔風(fēng)扇系統(tǒng)，并且將泵速度控制信號pumpsp提供至冷凝器水泵(框1152和1172)。極值搜索控制器502可將冷凍水設(shè)施1100的總功率消耗p總作為反饋信號接收(框1154和1174)。

在流程圖1150中，極值搜索控制器502估算總功率消耗p總相對于風(fēng)扇速度fansp的第一梯度以及總功率消耗p總相對于冷凝器水泵速度pumpsp的第二梯度(框1156)。通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度fansp和冷凝器水泵速度pumpsp，極值搜索控制器502可通過使上述操作獲取的梯度趨向于零而提供對冷凍水設(shè)施1100的控制(框1158)。在一些實施例中，極值搜索控制器502對每一速度控制信號生成隨機激勵信號(框1160)并且使用隨機激勵信號來生成新的速度控制信號(框1162)。例如，通過以第一隨機激勵信號干擾風(fēng)扇速度控制信號fansp，極值搜索控制器502可生成新的風(fēng)扇速度控制信號fansp。通過以第二隨機激勵信號干擾泵速度控制信號pumpsp，極值搜索控制器502可生成新的泵速度控制信號pumpsp。

在流程圖1070中，極值搜索控制器502估算第一歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)和第二歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)，所述第一歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)使總功率消耗p總與風(fēng)扇速度fansp相關(guān)，所述第二歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)使總功率消耗p總與冷凝水泵速度pumpsp相關(guān)(框1176)。通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度fansp和泵速度pumpsp使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)趨向于零，極值搜索控制器502可提供對冷凍水設(shè)施1100的控制(框1178)。在一些實施例中，極值搜索控制器502對每一速度控制信號生成激勵信號(框1080)并且使用激勵信號來生成新的風(fēng)扇速度和泵速度(框1182)。例如，通過以第一激勵信號干擾風(fēng)扇速度控制信號fansp，極值搜索控制器502可生成新的風(fēng)扇速度控制信號fansp。通過以第二激勵信號干擾泵速度控制信號pumpsp，極值搜索控制器502可生成新的泵速度控制信號pumpsp。

可變制冷劑流量系統(tǒng)1200

現(xiàn)參考圖12a，其示出根據(jù)一些實施例的可變制冷劑流量(vrf)系統(tǒng)1200。vrf系統(tǒng)1200被示出為包括室外單元1202、數(shù)個熱回收單元1204和數(shù)個室內(nèi)單元1206。在一些實施例中，室外單元1202位于建筑物之外(例如，屋頂上)，而室內(nèi)單元1206分布于建筑物各處(例如，建筑物的各個房間或區(qū)域)。在一些實施例中，vrf系統(tǒng)1200包括數(shù)個熱回收單元1204。熱回收單元1204可控制室外單元1204和室內(nèi)單元1206之間的制冷劑的流量(例如，通過打開和關(guān)閉閥)，并且可使室外單元1202所提供服務(wù)的加熱或冷卻負荷最小化。

室外單元1202被示出為包括壓縮器1214和換熱器1220。壓縮器1214使制冷劑在換熱器1220和室內(nèi)單元1206之間循環(huán)。換熱器1220當vrf系統(tǒng)1200以冷卻模式操作時可起到冷凝器的作用(允許制冷劑將熱量逐出至外部空氣)，或當vrf系統(tǒng)1200以加熱模式操作時可起到蒸發(fā)器的作用(允許制冷劑從外部空氣吸收熱量)。風(fēng)扇1218提供通過換熱器1220的空氣流。可調(diào)整風(fēng)扇1218的速度以調(diào)節(jié)進入或離開換熱器1220的制冷劑的熱傳遞的速率。

每個室內(nèi)單元1206被示出為包括換熱器1226和膨脹閥1224。每一換熱器1226當室內(nèi)單元1206以加熱模式操作時可起到冷凝器的作用(允許制冷劑將熱量逐出至房間或區(qū)域內(nèi)的空氣)，或當室內(nèi)單元1206以冷卻模式操作時可起到蒸發(fā)器的作用(允許制冷劑從房間或區(qū)域內(nèi)的空氣吸收熱量)。風(fēng)扇1222提供通過換熱器1226的空氣流?？烧{(diào)整風(fēng)扇1222的速度以調(diào)節(jié)進入或離開換熱器1226中的制冷劑的熱傳遞的速率。溫度傳感器1228可用于測量室內(nèi)單元1206內(nèi)的制冷劑的溫度。

在圖12a中，室內(nèi)單元1206被示出為以冷卻模式操作。在冷卻模式中，制冷劑經(jīng)由冷卻管線1212被提供至室內(nèi)單元1206。制冷劑由膨脹閥1224膨脹至冷低壓狀態(tài)，并且流經(jīng)換熱器1226(起到蒸發(fā)器的作用)以從建筑物內(nèi)的房間或區(qū)域吸收熱量。然后，經(jīng)加熱的制冷劑經(jīng)由返回管線1210流回至室外單元1202，并且由壓縮器1214壓縮至熱高壓狀態(tài)。經(jīng)壓縮的制冷劑流經(jīng)換熱器1220(起到冷凝器的作用)并且將熱量逐出至外部空氣。然后，經(jīng)冷卻的制冷劑可經(jīng)由冷卻管線1212提供回至室內(nèi)單元1206。在冷卻模式中，流量控制閥1236可關(guān)閉，并且膨脹閥1234可完全打開。

在加熱模式中，制冷劑經(jīng)由加熱管線1208以熱狀態(tài)被提供至室內(nèi)單元1206。熱的制冷劑流經(jīng)換熱器1226(起到冷凝器的作用)，并且將熱量逐出至建筑物的房間或區(qū)域內(nèi)的空氣。然后，制冷劑經(jīng)由冷卻管線1212流回至室外單元(相反于圖12a所示的流動方向)。制冷劑可由膨脹閥1234膨脹至較冷較低壓狀態(tài)。經(jīng)膨脹的制冷劑流經(jīng)換熱器1220(起到蒸發(fā)器的作用)并且從外部空氣吸收熱量。經(jīng)加熱的制冷劑可由壓縮器1214來壓縮，并且以熱壓縮狀態(tài)經(jīng)由加熱管線1208被提供回至室內(nèi)單元1206。在加熱模式中，流量控制閥1236可完全打開以允許制冷劑從壓縮器1214流入加熱管線1208中。

極值搜索控制器502被示出為接收表示由室外單元1202所消耗的總功率p室外和由每一室內(nèi)單元1206所消耗的總功率p室內(nèi)的功率輸入p總(即，p總＝p室外+p室內(nèi))。室外單元功率p室外可包括壓縮器1214和/或風(fēng)扇1218的功率消耗。室內(nèi)單元功率p室內(nèi)可包括風(fēng)扇1222和/或室內(nèi)單元1206內(nèi)的任何其它功率消耗裝置(例如，電子閥、泵、風(fēng)扇等)或熱回收單元1204的功率消耗。如圖12a所示，功率輸入p室外和p室內(nèi)可在求和框1230在極值搜索控制器502之外進行求和以提供表示總功率p總的組合信號。在其它實施例中，極值搜索控制器502接收各個功率輸入p室外和p室內(nèi)，并且執(zhí)行求和框1230的求和。在任一種情況下，極值搜索控制器502可被說成接收功率輸入p室外和p室內(nèi)，即使功率輸入作為表示總系統(tǒng)功率的單個求和或組合信號p總。

在一些實施例中，總系統(tǒng)功率p總為極值搜索控制器502嘗試優(yōu)化(例如，最小化)的性能變量?？傁到y(tǒng)功率p總可包括vrf系統(tǒng)1200的一個或多個部件的功率消耗。在圖12a所示的實施例中，總系統(tǒng)功率p總包括p室外和p室內(nèi)。然而，在各種其它實施例中，總系統(tǒng)功率p總可包括功率輸入的任何組合。例如，總系統(tǒng)功率p總可包括熱回收單元1204、室內(nèi)單元1206、室外單元1202、泵的功率消耗，和/或發(fā)生于vrf系統(tǒng)1200內(nèi)的任何其它功率消耗。

極值搜索控制器502被示出為將壓力設(shè)定點psp提供至室外單元控制器1232。在一些實施例中，壓力設(shè)定點psp為操縱變量，極值搜索控制器502調(diào)整該操縱變量以影響總系統(tǒng)功率p總。壓力設(shè)定點psp為制冷劑在壓縮器1214的吸入或排出端的壓力pr的設(shè)定點。制冷劑壓力pr可由壓力傳感器1216測量，壓力傳感器1216位于壓縮器1214的吸入端(例如，壓縮器1214的上游)或位于壓縮器1214的排出端(例如，壓縮器1214的下游)。室外單元控制器1232被示出為將制冷劑壓力pr作為反饋信號接收。

室外單元控制器1232可操作室外單元1202以達到由極值搜索控制器502所提供的壓力設(shè)定點psp。操作室外單元1202可包括調(diào)整壓縮器1214的速度和/或風(fēng)扇1218的速度。例如，室外單元控制器1232可增大壓縮器1214的速度以增大壓縮器排出壓力或減小壓縮器吸入壓力。室外單元控制器1232可增大風(fēng)扇1218的速度以增大換熱器1220內(nèi)的熱傳遞，或可減小風(fēng)扇1218的速度以減小換熱器1220內(nèi)的熱傳遞。

極值搜索控制器502實施極值搜索控制策略，該極值搜索控制策略動態(tài)地搜索未知輸入(例如，壓力設(shè)定點psp)以獲取趨于接近最佳的系統(tǒng)性能(例如，總功率消耗p總)。雖然室外單元控制器1232和極值搜索控制器502被示出為獨立裝置，但是可以預(yù)見的是，室外單元控制器1232和極值搜索控制器502可在一些實施例中組合成單個裝置(例如，執(zhí)行極值搜索控制器502和室外單元控制器1232兩者功能的單個控制器)。例如，極值搜索控制器502可配置成直接地操作壓縮器1214和/或風(fēng)扇1218，而無需中間的室外單元控制器1232。

現(xiàn)參考圖12b和圖12c，其示出根據(jù)一些實施例的圖示vrf系統(tǒng)1200中的極值控制器502的操作的一對流程圖1250和1270。在兩個流程圖1250和1270中，極值搜索控制器502將壓力設(shè)定點psp提供至控制器(例如，室外單元控制器1232)，該控制器操作以控制vrf系統(tǒng)1200的室外單元1202中的制冷劑壓力(框1252和1272)。制冷劑壓力可為壓縮器吸入壓力或壓縮器排出壓力。極值搜索控制器502可將vrf系統(tǒng)1200的總功率消耗p總作為反饋信號接收(框1254和1274)。

在流程圖1250中，極值搜索控制器502估算總功率消耗p總相對于制冷劑壓力設(shè)定點psp的梯度(框1256)。通過調(diào)節(jié)壓力設(shè)定點psp來使獲取的梯度趨向于零，極值搜索控制器502可提供對vrf系統(tǒng)1200的控制(框1258)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成隨機激勵信號(框1260)并且使用隨機激勵信號來生成新的制冷劑壓力設(shè)定點psp。例如，通過以隨機激勵信號干擾制冷劑壓力設(shè)定點psp，極值搜索控制器502可生成新的壓力設(shè)定點psp(框1262)。

在流程圖1270中，極值搜索控制器502估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)，所述歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)使總功率消耗p總與制冷劑壓力設(shè)定點psp相關(guān)(框1276)。通過調(diào)節(jié)制冷劑壓力設(shè)定點psp來使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)趨向于零，極值搜索控制器502可提供對vrf系統(tǒng)1200的控制(框1278)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成激勵信號(框1280)并且使用激勵信號來生成新的制冷劑壓力設(shè)定點psp。例如，通過以激勵信號干擾制冷劑壓力設(shè)定點psp，極值搜索控制器502可生成新的壓力設(shè)定點psp(框1282)。

可變制冷劑流量系統(tǒng)1300

現(xiàn)參考圖13a，其示出根據(jù)一些實施例的另一可變制冷劑流量(vrf)系統(tǒng)1300。vrf系統(tǒng)1300可包括如參考圖12a所描述的vrf系統(tǒng)1200的一些或全部的部件。例如，vrf系統(tǒng)1300被示出為包括室外單元1302、數(shù)個熱回收單元1304和數(shù)個室內(nèi)單元1306。

室外單元1302被示出為包括壓縮器1314和換熱器1320。壓縮器1314使制冷劑在換熱器1320和室內(nèi)單元1306之間循環(huán)。換熱器1320當vrf系統(tǒng)1300以冷卻模式操作時可起到冷凝器的作用(允許制冷劑將熱量逐出至外部空氣)，或當vrf系統(tǒng)1300以加熱模式操作時可起到蒸發(fā)器的作用(允許制冷劑從外部空氣吸收熱量)。風(fēng)扇1318提供通過換熱器1220的空氣流。可調(diào)整風(fēng)扇1318的速度以調(diào)節(jié)進入或離開換熱器1320內(nèi)的制冷劑的熱傳遞的速率。

每個室內(nèi)單元1306被示出為包括換熱器1326和膨脹閥1324。每個換熱器當室內(nèi)單元1306以加熱模式操作時可起到冷凝器的作用(允許制冷劑將熱量驅(qū)逐至房間或區(qū)域內(nèi)的空氣)，或當室內(nèi)單元1306以冷卻模式操作時可起到蒸發(fā)器的作用(允許制冷劑從房間或區(qū)域內(nèi)的空氣吸收熱量)。風(fēng)扇1322提供通過換熱器1326的空氣流。可調(diào)整風(fēng)扇1322的速度以調(diào)節(jié)進入或離開換熱器1326內(nèi)的制冷劑的熱傳遞的速率?？墒褂脺囟葌鞲衅?328測量室內(nèi)單元1306內(nèi)的制冷劑的溫度tr。

極值搜索控制器502被示出為接收表示由室外單元1302所消耗的總功率p室外和由每一室內(nèi)單元1306所消耗的總功率p室內(nèi)的功率輸入p總(即，p總＝p室外+p室內(nèi))。室外單元功率p室外可包括壓縮器1314和/或風(fēng)扇1318的功率消耗。室內(nèi)單元功率p室內(nèi)可包括風(fēng)扇1322和/或室內(nèi)單元1306內(nèi)的任何其它功率消耗裝置(例如，電子閥、泵、風(fēng)扇等)或熱回收單元1304的功率消耗。

在一些實施例中，總系統(tǒng)功率p總為極值搜索控制器502嘗試進行優(yōu)化(例如，最小化)的性能變量?？傁到y(tǒng)功率p總可包括vrf系統(tǒng)1300的一個或多個部件的功率消耗。在圖13a所示的實施例中，總系統(tǒng)功率p總包括p室外和p室內(nèi)。然而，在各種其它實施例中，總系統(tǒng)功率p總可包括功率輸入的任何組合。例如，總系統(tǒng)功率p總可包括熱回收單元1304、室內(nèi)單元1306、室外單元1302、泵的功率消耗，和/或發(fā)生于vrf系統(tǒng)1300內(nèi)的任何其它功率消耗。

極值搜索控制器502被示出為將壓力設(shè)定點psp提供至室外單元控制器1332和將過熱溫度設(shè)定點tsp提供至室內(nèi)單元控制器1338。在一些實施例中，壓力設(shè)定點psp和過熱溫度設(shè)定點tsp為操縱變量，極值搜索控制器502調(diào)整該操縱變量以影響總系統(tǒng)功率p總。壓力設(shè)定點psp為制冷劑在壓縮器1314的吸入或排出端的壓力pr的設(shè)定點。過熱溫度設(shè)定點tsp為制冷劑在換熱器1326的出口處的過熱量(即，制冷劑的溫度tr減去制冷劑飽和溫度)的設(shè)定點。

制冷劑壓力pr可由壓力傳感器1316測量，壓力傳感器1316位于壓縮器1314的吸入端(例如，壓縮器1314的上游)或壓縮器1314的排出端(例如，壓縮器1314的下游)。室外單元控制器1332示被出為將制冷劑壓力pr作為反饋信號接收。室外單元控制器1232可操作室外單元1202以達到由極值搜索控制器502所提供的壓力設(shè)定點psp。操作室外單元1202可包括調(diào)整壓縮器1214的速度和/或風(fēng)扇1218的速度。例如，室外單元控制器1232可增大壓縮器1214的速度以增大壓縮器排出壓力或減小壓縮器吸入壓力。室外單元控制器1232可增大風(fēng)扇1218的速度以增大換熱器1220內(nèi)的熱傳遞，或可減小風(fēng)扇1218的速度以減小換熱器1220內(nèi)的熱傳遞。

制冷劑的過熱t(yī)過可通過從制冷劑的溫度tr減去制冷劑飽和溫度t飽和(由室內(nèi)單元控制器1338)進行計算(即，t過＝tr-t飽和)。制冷劑溫度tr可由溫度傳感器1328測量，溫度傳感器1328位于換熱器1326的出口處。室內(nèi)單元控制器1338被示出為將制冷劑壓力tr作為反饋信號接收。室內(nèi)單元控制器1338可操作室內(nèi)單元1306以達到由極值搜索控制器502所提供的過熱溫度設(shè)定點tsp。操作室內(nèi)單元1306可包括調(diào)整風(fēng)扇1322的速度和/或調(diào)整膨脹閥1324的位置。例如，室內(nèi)單元控制器1338可增大風(fēng)扇1322的速度以增大換熱器1226內(nèi)的熱傳遞，或可減小風(fēng)扇1322的速度以減小換熱器1226內(nèi)的熱傳遞。類似地，室內(nèi)單元控制器1338可將閥1324朝向打開位置移動以增大通過室內(nèi)單元1306的制冷劑流量，或可將閥1324朝向關(guān)閉位置移動以減小通過室內(nèi)單元1306的制冷劑流量。

極值搜索控制器502實施極值搜索控制策略，該極值搜索控制策略動態(tài)地搜索未知輸入(例如，壓力設(shè)定點psp和/或過熱溫度設(shè)定點tsp)以獲取趨于接近最佳的系統(tǒng)性能(例如，總功率消耗p總)。雖然室外單元控制器1332、室內(nèi)單元控制器1338和極值搜索控制器502被示出為獨立裝置，但是可以預(yù)見的是，室外單元控制器1332、室內(nèi)單元控制器1338和極值搜索控制器502可在一些實施例中組合成單個裝置(例如，執(zhí)行極值搜索控制器502、室外單元控制器1332和室內(nèi)單元控制器1338這三種功能的單個控制器)。例如，極值搜索控制器502可配置成直接地操作壓縮器1314、風(fēng)扇1318、風(fēng)扇1322和/或閥1224，而無需中間的室外單元控制器1332或室內(nèi)單元控制器1338。

現(xiàn)參考圖13b和圖13c，其示出根據(jù)一些實施例的圖示vrf系統(tǒng)1300中的極值控制器502的操作的一對流程圖1350和1370。在兩個流程圖1350和1370中，極值搜索控制器502將壓力設(shè)定點psp提供至控制器(例如，室外單元控制器1332)，該控制器操作以控制vrf系統(tǒng)1300的室外單元1302中的制冷劑壓力(框1352和1372)。制冷劑壓力可為壓縮器吸入壓力或壓縮器排出壓力。極值搜索控制器502還將過熱溫度設(shè)定點提供至控制器(例如，室內(nèi)單元控制器1338)，該控制器操作以控制vrf系統(tǒng)1300的室內(nèi)單元中的制冷劑溫度(框1353和1373)。極值搜索控制器502可將vrf系統(tǒng)1300的總功率消耗p總作為反饋信號接收(框1354和1374)。

在流程圖1350中，極值搜索控制器502估算總功率消耗p總相對于制冷劑壓力設(shè)定點psp的第一梯度和總功率消耗p總相對于制冷劑過熱溫度設(shè)定點tsp的第二梯度(框1356)。通過調(diào)節(jié)壓力設(shè)定點psp和過熱溫度設(shè)定點tsp以使獲取的梯度趨向于零，極值搜索控制器502可提供對vrf系統(tǒng)1300的控制(框1358)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成隨機激勵信號(框1360)并且使用隨機激勵信號來生成新的制冷劑壓力設(shè)定點psp和新的制冷劑過熱設(shè)定點tsp。例如，極值搜索控制器502可通過以第一隨機激勵信號干擾制冷劑壓力設(shè)定點psp來生成新的壓力設(shè)定點psp并且可通過以第二隨機激勵信號干擾溫度設(shè)定點tsp來生成新的過熱溫度設(shè)定點tsp(框1362)。

在流程圖1370中，極值搜索控制器502估算使總功率消耗p總與制冷劑壓力設(shè)定點psp相關(guān)的第一歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)和使總功率消耗p總與制冷劑過熱溫度設(shè)定點tsp相關(guān)的第二歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)(框1376)。通過調(diào)節(jié)制冷劑壓力設(shè)定點psp和制冷劑過熱溫度設(shè)定點tsp以使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)趨向于零，極值搜索控制器502可提供對vrf系統(tǒng)1300的控制(框1378)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成激勵信號(框1380)并且使用激勵信號來生成新的制冷劑壓力設(shè)定點psp和新的制冷劑過熱設(shè)定點tsp。例如，極值搜索控制器502可通過以第一激勵信號干擾制冷劑壓力設(shè)定點psp來生成新的壓力設(shè)定點psp并且通過以第二激勵信號干擾溫度設(shè)定點tsp來生成新的過熱溫度設(shè)定點tsp(框1382)。

蒸汽壓縮系統(tǒng)1400

現(xiàn)參考圖14a，示出了根據(jù)一些實施例的蒸汽壓縮空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)1400。系統(tǒng)1400被示出為包括制冷劑回路1410。制冷劑回路1410包括冷凝器1412、蒸發(fā)器1414、膨脹閥1424和壓縮器1406。壓縮器1406配置成使制冷劑在蒸發(fā)器1414和冷凝器1412之間循環(huán)。制冷劑回路1410利用蒸汽壓縮循環(huán)而操作。例如，壓縮器1406將制冷劑壓縮至熱高壓狀態(tài)。經(jīng)壓縮的制冷劑流經(jīng)冷凝器1412，在那里制冷劑釋放熱量?？墒褂美淠黠L(fēng)扇1422調(diào)節(jié)冷凝器1412內(nèi)的熱傳遞的速率。經(jīng)冷卻的制冷劑可由膨脹閥1424膨脹至低壓低溫狀態(tài)。經(jīng)膨脹的制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器1414，在那里制冷劑吸收熱量。可使用蒸發(fā)器風(fēng)扇1416來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器1414內(nèi)的熱傳遞的速率。

在一些實施例中，制冷劑回路1410位于屋頂單元1402(例如，屋頂空氣處理單元)內(nèi)，如圖14a所示的。屋頂單元1402可配置成對流經(jīng)空氣管道1422的供應(yīng)空氣1420提供冷卻。例如，蒸發(fā)器1414可位于空氣管道1422內(nèi)，以使得供應(yīng)空氣1420流經(jīng)蒸發(fā)器1414并且通過將熱量傳遞至蒸發(fā)器1414內(nèi)的膨脹的制冷劑而被冷卻。然后，經(jīng)冷卻的空氣流可被引導(dǎo)至建筑物以對該建筑物的房間或區(qū)域提供冷卻。供應(yīng)空氣1420的溫度可由溫度傳感器1418測量，溫度傳感器1418位于蒸發(fā)器1414的下游(例如，管道1422內(nèi))。在其它實施例中，制冷劑回路1410可用于各種其它系統(tǒng)或器件中的任一種，該系統(tǒng)或器件利用蒸汽壓縮循環(huán)傳遞熱量(例如，冷凍機、熱泵、熱回收冷凍機、制冷裝置等)。

極值搜索控制器502示出為接收表示總功率的功率輸入p總，該總功率包括壓縮器1406消耗的功率p壓縮器、蒸發(fā)器風(fēng)扇1416消耗的功率p蒸發(fā)器風(fēng)扇和冷凝器風(fēng)扇1422消耗的功率p冷凝器風(fēng)扇(即，p總＝p壓縮器+p蒸發(fā)器風(fēng)扇+p冷凝器風(fēng)扇)。如圖14a所示，功率輸入p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇可在求和框1408在極值搜索控制器502之外進行求和以提供表示總功率p總的組合信號。在其它實施例中，極值搜索控制器502接收各個功率輸入p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇，并且執(zhí)行求和框1408的求和。在任一種情況下，極值搜索控制器502可被說成接收功率輸入p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇，即使功率輸入作為表示總系統(tǒng)功率的單個求和或組合信號p總而被提供。

在一些實施例中，總系統(tǒng)功率p總為極值搜索控制器502嘗試優(yōu)化(例如，最小化)的性能變量?？傁到y(tǒng)功率p總可包括蒸汽壓縮系統(tǒng)1400的一個或多個部件的功率消耗。在圖14a所示的實施例中，總系統(tǒng)功率p總包括p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇。然而，在各種其它實施例中，總系統(tǒng)功率p總可包括功率輸入的任何組合。例如，總系統(tǒng)功率p總可包括屋頂單元1402內(nèi)的各種其它風(fēng)扇的功率消耗、流體泵的功率消耗，和/或發(fā)生于蒸汽壓縮系統(tǒng)1400內(nèi)的任何其它功率消耗。

極值搜索控制器502示出為將溫度設(shè)定點tsp提供至反饋控制器1404。在一些實施例中，溫度設(shè)定點tsp為操縱變量，極值搜索控制器502調(diào)整該操縱變量以影響總系統(tǒng)功率p總。溫度設(shè)定點tsp為離開蒸發(fā)器1414的供應(yīng)空氣1420的溫度的設(shè)定點。供應(yīng)空氣溫度tsa可由溫度傳感器1418測量，溫度傳感器1418位于蒸發(fā)器1414的下游。反饋控制器1404被示出為將供應(yīng)空氣溫度tsa作為反饋信號接收。

反饋控制器1404可操作蒸發(fā)器風(fēng)扇1416、冷凝器風(fēng)扇1422和/或壓縮器1406以達到由極值搜索控制器502所提供的溫度設(shè)定點tsp。例如，反饋控制器1404可增大蒸發(fā)器風(fēng)扇1416的速度以增大從蒸發(fā)器1414中的供應(yīng)空氣1420所移除的熱量的量，或可減小蒸發(fā)器風(fēng)扇1416的速度以減小從蒸發(fā)器1414中的供應(yīng)空氣1420所移除的熱量的量。類似地，反饋控制器1404可增大冷凝器風(fēng)扇1422的速度以增大從冷凝器1412中的制冷劑所移除的熱量的量，或可減小冷凝器風(fēng)扇1422的速度以減小從冷凝器1412中的制冷劑所移除的熱量的量。

極值搜索控制器502實施極值搜索控制策略，該極值搜索控制策略動態(tài)地搜索未知輸入(例如，最佳供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp)以獲取趨于接近最佳的系統(tǒng)性能(例如，總功率消耗p總)。雖然反饋控制器1404和極值搜索控制器502被示出為獨立裝置，但是可以預(yù)見的是，反饋控制器1404和極值搜索控制器502可在一些實施例中組合成單個裝置(例如，執(zhí)行極值搜索控制器502和反饋控制器1404兩者功能的單個控制器)。例如，極值搜索控制器502可配置成直接地控制蒸發(fā)器風(fēng)扇1416、冷凝器風(fēng)扇1422和/或壓縮器1406，而無需中間的反饋控制器1404。

現(xiàn)參考圖14b和圖14c，其示出根據(jù)一些實施例的圖示蒸汽壓縮系統(tǒng)1400中的極值控制器502的操作的一對流程圖1450和1470。在兩個流程圖1450和1470中，極值搜索控制器502將溫度設(shè)定點tsp提供至反饋控制器1404，反饋控制器1404操作以控制蒸汽壓縮系統(tǒng)1400中的供應(yīng)空氣溫度tsa(框1452和1472)。極值搜索控制器502可將蒸汽壓縮系統(tǒng)1400的總功率消耗p總作為反饋信號接收(框1454和1474)。

在流程圖1450中，極值搜索控制器502估算總功率消耗p總相對于供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp的梯度(框1456)。通過調(diào)節(jié)溫度設(shè)定點tsp以使獲取的梯度趨向于零，極值搜索控制器502可提供對蒸汽壓縮系統(tǒng)1400的控制(框1458)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成隨機激勵信號(框1460)并且使用隨機激勵信號來生成新的供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp。例如，通過以隨機激勵信號干擾供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp，極值搜索控制器502可生成新的溫度設(shè)定點tsp(框1462)。

在流程圖1470中，極值搜索控制器502估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)，所述歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)使總功率消耗p總與供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp相關(guān)(框1476)。通過調(diào)節(jié)溫度設(shè)定點tsp以使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)趨向于零，極值搜索控制器502可提供對蒸汽壓縮系統(tǒng)1400的控制(框1478)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成激勵信號(框1480)并且使用激勵信號來生成新的供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp。例如，通過以激勵信號干擾供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp，極值搜索控制器502可生成新的溫度設(shè)定點tsp(框1482)。

蒸汽壓縮系統(tǒng)1500

現(xiàn)參考圖15a，其示出根據(jù)一些實施例的另一蒸汽壓縮空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)1500。系統(tǒng)1500可包括如參考圖14a所描述的蒸汽壓縮系統(tǒng)1400的一些或全部的部件。例如，系統(tǒng)1500被示出為包括制冷劑回路1510。制冷劑回路1510包括冷凝器1512、蒸發(fā)器1514、膨脹閥1524和壓縮器1506。壓縮器1506配置成使制冷劑在蒸發(fā)器1514和冷凝器1512之間循環(huán)。制冷劑回路1510利用蒸汽壓縮循環(huán)而操作。例如，壓縮器1506將制冷劑壓縮至熱高壓狀態(tài)。經(jīng)壓縮制的冷劑流經(jīng)冷凝器1512，在那里制冷劑釋放熱量?？墒褂美淠黠L(fēng)扇1522來調(diào)節(jié)冷凝器1512內(nèi)的熱傳遞的速率。經(jīng)冷卻的制冷劑可由膨脹閥1524膨脹至低壓低溫狀態(tài)。經(jīng)膨脹的制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器1514，在那里制冷劑吸收熱量?？墒褂谜舭l(fā)器風(fēng)扇1516來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器1514內(nèi)的熱傳遞的速率。

在一些實施例中，制冷劑回路1510位于屋頂單元1502(例如，屋頂空氣處理單元)內(nèi)，如圖15a所示的。屋頂單元1502可配置成對流經(jīng)空氣管道1522的供應(yīng)空氣1520提供冷卻。例如，蒸發(fā)器1514可位于空氣管道1522內(nèi)，以使得供應(yīng)空氣1520流經(jīng)蒸發(fā)器1514并且通過將熱量傳遞至蒸發(fā)器1514內(nèi)的膨脹的制冷劑而冷卻。然后，冷卻的空氣流可被引導(dǎo)至建筑物以對該建筑物的房間或區(qū)域提供冷卻。供應(yīng)空氣1520的溫度可由溫度傳感器1518測量，溫度傳感器1518位于蒸發(fā)器1514的下游(例如，管道1522內(nèi))。在其它實施例中，制冷劑回路1510可用于各種其它系統(tǒng)或裝置中的任一種，該系統(tǒng)或裝置利用蒸汽壓縮循環(huán)傳遞熱量(例如，冷凍機、熱泵、熱回收冷凍機、制冷裝置等)。

極值搜索控制器502被示出為接收表示總功率的功率輸入p總，該總功率包括壓縮器1506消耗的功率p壓縮器、蒸發(fā)器風(fēng)扇1516消耗的功率p蒸發(fā)器風(fēng)扇和冷凝器風(fēng)扇1522消耗的功率p冷凝器風(fēng)扇(即，p總＝p壓縮器+p蒸發(fā)器風(fēng)扇+p冷凝器風(fēng)扇)。如圖15a所示，功率輸入p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇可在求和框1508在極值搜索控制器502之外進行求和以提供表示總功率p總的組合信號。在其它實施例中，極值搜索控制器502接收各個功率輸入p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇，并且執(zhí)行求和框1508的求和。在任一種情況下，極值搜索控制器502可以說是接收功率輸入p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇，即使功率輸入作為表示總系統(tǒng)功率的單個求和或組合信號p總被提供。

在一些實施例中，總系統(tǒng)功率p總為極值搜索控制器502嘗試優(yōu)化(例如，最小化)的性能變量。總系統(tǒng)功率p總可包括蒸汽壓縮系統(tǒng)1500的一個或多個部件的功率消耗。在圖15a所示的實施例中，總系統(tǒng)功率p總包括p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇。然而，在各種其它實施例中，總系統(tǒng)功率p總可包括功率輸入的任何組合。例如，總系統(tǒng)功率p總可包括屋頂單元1502內(nèi)的各種其它風(fēng)扇的功率消耗、流體泵的功率消耗，和/或發(fā)生于蒸汽壓縮系統(tǒng)1500內(nèi)的任何其它功率消耗。

極值搜索控制器502被示出為將調(diào)控風(fēng)扇速度ssp的控制信號提供至蒸發(fā)器風(fēng)扇1516。在一些實施例中，風(fēng)扇速度ssp為操縱變量，極值搜索控制器502調(diào)整該操縱變量以影響總系統(tǒng)功率p總。增大風(fēng)扇速度ssp可增大從蒸發(fā)器1514中的供應(yīng)空氣1520所移除的熱量的量，并且可增大總系統(tǒng)功率消耗p總。類似地，減小風(fēng)扇速度ssp可減小從蒸發(fā)器1514中的供應(yīng)空氣1520所移除的熱量的量，并且可減小總系統(tǒng)功率消耗p總。極值搜索控制器502實施極值搜索控制策略，該極值搜索控制策略動態(tài)地搜索未知輸入(例如，最佳蒸發(fā)器風(fēng)扇速度ssp)以獲取趨于接近最佳的系統(tǒng)性能(例如，總功率消耗p總)。

現(xiàn)參考圖15b和圖15c，示出了根據(jù)一些實施例的圖示蒸汽壓縮系統(tǒng)1500中的極值控制器502的操作的一對流程圖1550和1570。在兩個流程圖1550和1570中，極值搜索控制器502將調(diào)控風(fēng)扇速度ssp的控制信號提供至蒸汽壓縮系統(tǒng)1500中的蒸發(fā)器風(fēng)扇1516(框1552和1572)。極值搜索控制器502可將蒸汽壓縮系統(tǒng)1500的總功率消耗p總作為反饋信號接收(框1554和1574)。

在流程圖1550中，極值搜索控制器502估算總功率消耗p總相對于蒸發(fā)器風(fēng)扇速度ssp的梯度(框1556)。通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)器風(fēng)扇速度ssp以使獲取的梯度趨向于零，極值搜索控制器502可提供對蒸汽壓縮系統(tǒng)1500的控制(框1558)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成隨機激勵信號(框1560)并且使用隨機激勵信號來生成新的蒸發(fā)器風(fēng)扇速度ssp。例如，通過以隨機激勵信號干擾蒸發(fā)器風(fēng)扇速度ssp，極值搜索控制器502可生成新的蒸發(fā)器風(fēng)扇速度ssp(框1562)。

在流程圖1570中，極值搜索控制器502估算歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)，所述歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)使總功率消耗p總與蒸發(fā)器風(fēng)扇速度ssp相關(guān)(框1576)。通過調(diào)節(jié)蒸發(fā)器風(fēng)扇速度ssp以使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)趨向于零，極值搜索控制器502可提供對蒸汽壓縮系統(tǒng)1500的控制(框1578)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成激勵信號(框1580)并且使用激勵信號來生成蒸發(fā)器風(fēng)扇的新的控制信號。例如，通過以激勵信號干擾蒸發(fā)器風(fēng)扇速度ssp，極值搜索控制器502可生成新的速度控制信號(框1582)。

蒸汽壓縮系統(tǒng)1600

現(xiàn)參考圖16a，其示出根據(jù)一些實施例的蒸汽壓縮空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)1600。系統(tǒng)1600被示出為包括制冷劑回路1610。制冷劑回路1610包括冷凝器1612、蒸發(fā)器1614、膨脹閥1624和壓縮器1606。壓縮器1606配置成使制冷劑在蒸發(fā)器1614和冷凝器1612之間循環(huán)。制冷劑回路1610利用蒸汽壓縮循環(huán)而操作。例如，壓縮器1606將制冷劑壓縮至熱高壓狀態(tài)。經(jīng)壓縮的制冷劑流經(jīng)冷凝器1612，在那里制冷劑釋放熱量。可使用冷凝器風(fēng)扇1622來調(diào)節(jié)冷凝器1612內(nèi)的熱傳遞的速率。經(jīng)冷卻的制冷劑可由膨脹閥1624膨脹至低壓低溫狀態(tài)。經(jīng)膨脹的制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器1614，在那里制冷劑吸收熱量?？墒褂谜舭l(fā)器風(fēng)扇1616來調(diào)節(jié)蒸發(fā)器1614內(nèi)的熱傳遞的速率。

在一些實施例中，制冷劑回路1610位于屋頂單元1602(例如，屋頂空氣處理單元)內(nèi)，如圖16a所示。屋頂單元1602可配置成對流經(jīng)空氣管道1622的供應(yīng)空氣1620提供冷卻。例如，蒸發(fā)器1614可位于空氣管道1622內(nèi)，以使得供應(yīng)空氣1620流經(jīng)蒸發(fā)器1614并且通過將熱量傳遞至蒸發(fā)器1614內(nèi)的膨脹的制冷劑而被冷卻。然后，經(jīng)冷卻的空氣流可被引導(dǎo)至建筑物以對該建筑物的房間或區(qū)域提供冷卻。供應(yīng)空氣1620的溫度可由溫度傳感器1618測量，溫度傳感器1618位于蒸發(fā)器1614的下游(例如，管道1622內(nèi))。在其它實施例中，制冷劑回路1610可用于各種其它系統(tǒng)或裝置中的任一種，該系統(tǒng)或裝置利用蒸汽壓縮循環(huán)傳遞熱量(例如，冷凍機、熱泵、熱回收冷凍機、制冷裝置等)。

極值搜索控制器502被示出為接收表示總功率的功率輸入p總，該總功率包括壓縮器1606消耗的功率p壓縮器、蒸發(fā)器風(fēng)扇1616消耗的功率p蒸發(fā)器風(fēng)扇和冷凝器風(fēng)扇1622消耗的功率p冷凝器風(fēng)扇(即，p總＝p壓縮器+p蒸發(fā)器風(fēng)扇+p冷凝器風(fēng)扇)。如圖16a所示，功率輸入p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇可在求和框1608在極值搜索控制器502之外進行求和以提供表示總功率p總的組合信號。在其它實施例中，極值搜索控制器502接收各個功率輸入p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇，并且執(zhí)行求和框1608的求和。在任一種情況下，極值搜索控制器502可被說成接收功率輸入p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇，即使功率輸入作為表示總系統(tǒng)功率的單個求和或組合信號p總被提供。

在一些實施例中，總系統(tǒng)功率p總為極值搜索控制器502嘗試優(yōu)化(例如，最小化)的性能變量。總系統(tǒng)功率p總可包括蒸汽壓縮系統(tǒng)1600的一個或多個部件的功率消耗。在圖16a所示的實施例中，總系統(tǒng)功率p總包括p壓縮器、p蒸發(fā)器風(fēng)扇和p冷凝器風(fēng)扇。然而，在各種其它實施例中，總系統(tǒng)功率p總可包括功率輸入的任何組合。例如，總系統(tǒng)功率p總可包括屋頂單元1602內(nèi)的各種其它風(fēng)扇的功率消耗、流體泵的功率消耗，和/或發(fā)生于蒸汽壓縮系統(tǒng)1600內(nèi)的任何其它功率消耗。

極值搜索控制器502被示出為將溫度設(shè)定點tsp提供至反饋控制器1604并且將調(diào)控風(fēng)扇速度ssp的控制信號提供至冷凝器風(fēng)扇1622。在一些實施例中，溫度設(shè)定點tsp和冷凝器風(fēng)扇速度ssp為操縱變量，極值搜索控制器502調(diào)整該操縱變量以影響總系統(tǒng)功率p總。溫度設(shè)定點tsp為離開蒸發(fā)器1614的供應(yīng)空氣1620的溫度的設(shè)定點。供應(yīng)空氣溫度tsa可由溫度傳感器1618測量，溫度傳感器1618位于蒸發(fā)器1614的下游。反饋控制器1604被示出為將供應(yīng)空氣溫度tsa作為反饋信號接收。風(fēng)扇速度ssp為冷凝器風(fēng)扇1622的速度。

反饋控制器1604可操作蒸發(fā)器風(fēng)扇1616和/或壓縮器1606以達到由極值搜索控制器502所提供的溫度設(shè)定點tsp。例如，反饋控制器1604可增大蒸發(fā)器風(fēng)扇1616的速度以增大從蒸發(fā)器1614中的供應(yīng)空氣1620所移除的熱量的量，或可減小蒸發(fā)器風(fēng)扇1616的速度以減小從蒸發(fā)器1614中的供應(yīng)空氣1620所移除的熱量的量。類似地，極值搜索控制器502可調(diào)節(jié)冷凝器風(fēng)扇速度ssa以增大從冷凝器1612中的制冷劑所移除的熱量的量(例如，通過增大冷凝器風(fēng)扇速度ssa)，或減小從冷凝器1612中的制冷劑所移除的熱量的量(例如，通過減小冷凝器風(fēng)扇速度ssa)。

極值搜索控制器502實施極值搜索控制策略，該極值搜索控制策略動態(tài)地搜索未知輸入(例如，最佳供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp和/或最佳冷凝器風(fēng)扇速度ssa)以獲取趨于接近最佳的系統(tǒng)性能(例如，總功率消耗p總)。雖然反饋控制器1604和極值搜索控制器502被示出為獨立裝置，但是可以預(yù)見的是，反饋控制器1604和極值搜索控制器502可在一些實施例中組合成單個裝置(例如，執(zhí)行極值搜索控制器502和反饋控制器1604兩者功能的單個控制器)。例如，極值搜索控制器502可配置成直接地控制蒸發(fā)器風(fēng)扇1616、冷凝器風(fēng)扇1622和/或壓縮器1606，而無需中間的反饋控制器1604。

現(xiàn)參考圖16b和圖16c，其示出根據(jù)一些實施例的圖示蒸汽壓縮系統(tǒng)1600中的極值控制器502的操作的一對流程圖1650和1670。在兩個流程圖1650和1670中，極值搜索控制器502將溫度設(shè)定點tsp提供至反饋控制器1604，反饋控制器1604操作以控制蒸汽壓縮系統(tǒng)1600中的供應(yīng)空氣溫度tsa(框1652和1672)。極值搜索控制器502還將調(diào)控風(fēng)扇速度的控制信號提供至蒸汽壓縮系統(tǒng)1600中的冷凝器風(fēng)扇1622(框1653和1674)。極值搜索控制器502可將蒸汽壓縮系統(tǒng)1600的總功率消耗p總作為反饋信號接收(框1654和1674)。

在流程圖1650中，極值搜索控制器502估算總功率消耗p總相對于供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp的第一梯度和總功率消耗p總相對于冷凝器風(fēng)扇速度ssp的第二梯度(框1656)。通過調(diào)節(jié)溫度設(shè)定點tsp和/或冷凝器風(fēng)扇速度ssp以使獲取的梯度趨向于零，極值搜索控制器502可提供對蒸汽壓縮系統(tǒng)1600的控制(框1658)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成隨機激勵信號(框1660)并且使用隨機激勵信號來生成新的供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp和調(diào)控冷凝器風(fēng)扇速度ssp的新的控制信號。例如，極值搜索控制器502可通過以第一隨機激勵信號干擾供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp來生成新的溫度設(shè)定點tsp并且可通過以第二隨機激勵信號干擾冷凝器風(fēng)扇速度ssp來生成冷凝器風(fēng)扇1622的新的控制信號(框1662)。

在流程圖1670中，極值搜索控制器502估算使總功率消耗p總與供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp相關(guān)的第一歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)和使總功率消耗p總與冷凝器風(fēng)扇速度ssp相關(guān)的第二歸一化關(guān)聯(lián)系數(shù)(框1676)。通過調(diào)節(jié)溫度設(shè)定點tsp和/或冷凝器風(fēng)扇速度ssp以使估算的關(guān)聯(lián)系數(shù)趨向于零，極值搜索控制器502可提供對蒸汽壓縮系統(tǒng)1600的控制(框1678)。在一些實施例中，極值搜索控制器502生成激勵信號(框1680)并且使用激勵信號來生成新的供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp和調(diào)控冷凝器風(fēng)扇速度ssp的新的控制信號。例如，極值搜索控制器502可通過以第一激勵信號干擾供應(yīng)空氣溫度設(shè)定點tsp來生成新的溫度設(shè)定點tsp并且可通過以第二激勵信號干擾冷凝器風(fēng)扇速度ssp來生成冷凝器風(fēng)扇1622的新的控制信號(框1682)。

實例性實施例的配置

各種實例性實施例中所示的系統(tǒng)和方法的構(gòu)造和布置僅為說明性的。雖然僅少數(shù)實施例已在本公開中被詳細地描述，但是許多修改是可能的(例如，各種要素的尺寸、維度、結(jié)構(gòu)、形狀和比例、參數(shù)值、安裝布置、使用材料、顏色、取向等的變化)。例如，要素的位置可顛倒或以其它方式改變，并且分立要素或位置的性質(zhì)或數(shù)量可變更或改變。因此，所有此類修改旨在包括于本公開的范圍內(nèi)。任何過程和方法步驟的次序或順序根據(jù)替代實施例可更改或重新排序?？稍趯嵗詫嵤├脑O(shè)計、操作條件和布置中做出其它替代、修改、改變和省略，而不脫離本公開的范圍。

本公開預(yù)見到任何機器可讀介質(zhì)上的方法、系統(tǒng)和程序產(chǎn)品以用于實現(xiàn)各種操作。本公開的實施例可利用現(xiàn)有計算機處理器，或通過出于這個或其它目的而并入的適當系統(tǒng)的專用計算機處理器，或通過硬線連接系統(tǒng)來實施。本公開的范圍內(nèi)的實施例包括程序產(chǎn)品，該程序產(chǎn)品包括用于承載或具有存儲于其上的機器可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的機器可讀介質(zhì)。該機器可讀介質(zhì)可為任何可用介質(zhì)，該可用介質(zhì)可由通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C或具有處理器的其它機器訪問。作為實例，該機器可讀介質(zhì)可包括ram、rom、eprom、eeprom、cd-rom或其它光盤存儲器、磁盤存儲器或其它磁存儲裝置，或任何其它介質(zhì)(其可用于承載或存儲機器可執(zhí)行指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)形式的期望程序代碼并且可由通用或?qū)Ｓ糜嬎銠C或具有處理器的其它機器訪問)。上述內(nèi)容的組合也可包括于機器可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。機器可執(zhí)行指令包括例如指令和數(shù)據(jù)，該指令和數(shù)據(jù)致使通用計算機、專用計算機或?qū)Ｓ锰幚頇C來執(zhí)行某一功能或某一組功能。

雖然附圖示出了具體次序的方法步驟，但是這些步驟的次序可不同于所圖示的次序。另外，兩個或更多個步驟可同時或部分同時地執(zhí)行。該變型將取決于所選的軟件和硬件系統(tǒng)和設(shè)計者選擇。所有此類變型在本公開的范圍內(nèi)。同樣，軟件實施方式可以通過具有基于規(guī)則的邏輯和其它邏輯的標準編程技術(shù)來實現(xiàn)，以實現(xiàn)各種連接步驟、處理步驟、比較步驟和決定步驟。