專利名稱：最優(yōu)控制方法、最優(yōu)控制系統(tǒng)、總控制裝置以及局部控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及為了相同的目的而統(tǒng)一地對多個(gè)裝置進(jìn)行最優(yōu)控制的最優(yōu)控制方法、最優(yōu)控制系統(tǒng)、總控制裝置以及局部控制裝置。
背景技術(shù)：
近年來，為了防止地球暖化，當(dāng)務(wù)之急是在全世界應(yīng)致力于CO2排出量的削減。在此，工廠(包括設(shè)備(plant))、辦公大樓、公共設(shè)施/建筑物、汽車、鐵路車輛、一般家庭等所有領(lǐng)域中，進(jìn)行削減能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)提高能源利用的效率的各種技術(shù)開發(fā)。例如，在汽車或鐵路車輛中，可采用再生制動(dòng)來再次利用能源，此外，在一般家庭中，也正在進(jìn)行太陽能發(fā)電等綠色能源的利用。
然而，在工廠或大規(guī)模設(shè)施等中設(shè)置有多個(gè)能量關(guān)聯(lián)的控制機(jī)器時(shí)，為了使工廠或設(shè)施整體的消耗能量最小，需要統(tǒng)一地控制這些控制機(jī)器。一般地，控制系統(tǒng)通過個(gè)別的控制機(jī)器可將局部的條件最優(yōu)化，但例如在多個(gè)控制裝置輸出的控制參數(shù)間存在折衷(trade off)關(guān)系時(shí)，僅通過將該局部的最優(yōu)化條件累積起來，來不能實(shí)現(xiàn)整體系統(tǒng)的最優(yōu)化。
現(xiàn)在，最廣泛利用的系統(tǒng)的控制方法，為朝向一個(gè)控制目標(biāo)值控制一個(gè)參數(shù)的環(huán)路控制(loop control)，穩(wěn)定性或維修性良好，并且還建立了設(shè)計(jì)邏輯。此外，作為可確定多個(gè)控制參數(shù)的控制方法，有模型控制(modelcontrol)。但是，模型控制需要按每個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行該模型的開發(fā)，由此控制系統(tǒng)規(guī)模大且變得復(fù)雜，從而在該開發(fā)中需要較多時(shí)間和步驟。因此，現(xiàn)狀為模型控制只適用于化學(xué)設(shè)備等有限的控制系統(tǒng)。
在專利文獻(xiàn)1中，公開了一種對可確定多個(gè)控制參數(shù)的模型控制和可進(jìn)行一個(gè)控制參數(shù)的穩(wěn)定控制的環(huán)路控制組合，產(chǎn)生各個(gè)特征的控制系統(tǒng)的例子。通過該控制系統(tǒng)，在模型控制中適用最優(yōu)控制理論，基于預(yù)先設(shè)定的評價(jià)函數(shù)和制約條件，進(jìn)行對多個(gè)環(huán)路控制的控制參數(shù)的確定。即進(jìn)行將模型控制和環(huán)路控制無縫地組合的控制，來實(shí)現(xiàn)成本最低的節(jié)能控制系統(tǒng)。另外，對最優(yōu)控制理論進(jìn)行解說的教科書有例如非專利文獻(xiàn)1等多本。
但是，在專利文獻(xiàn)1中公開的控制系統(tǒng)中，使用模型控制，因此不能解決該控制系統(tǒng)的模型開發(fā)中需要很長時(shí)間和很多步驟的現(xiàn)有技術(shù)的課題。而且，在該模型開發(fā)中，即使類似的控制系統(tǒng)，在最優(yōu)化的評價(jià)函數(shù)和制約條件或者系統(tǒng)的狀態(tài)變量不同的情況下，也必須分別開發(fā)不同的模型。還有，即使開發(fā)一次模型，在改變該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的情況下，必須再次開發(fā)獨(dú)立的新模型的情況較多。
如果考慮現(xiàn)狀的地球環(huán)境問題，則預(yù)想今后必須進(jìn)行各種節(jié)能系統(tǒng)的開發(fā)，但這種模型控制的問題點(diǎn)成為該節(jié)能系統(tǒng)的開發(fā)的腳鐐。因此，尤其對于該控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)反復(fù)變更，此外該制品壽命短這樣的一般家庭或汽車等的控制系統(tǒng)，難以說模型控制的最優(yōu)控制系統(tǒng)的開發(fā)以及適用是實(shí)用的。
專利文獻(xiàn)1特開2004-17153號公報(bào)；非專利文獻(xiàn)1上浦，“最優(yōu)控制入門”，コロナ公司，1996年1月。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上的現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種可進(jìn)行多個(gè)控制參數(shù)的最優(yōu)化，并且能夠降低該控制系統(tǒng)的建立所需要的時(shí)間和步驟的最優(yōu)控制方法、最優(yōu)控制系統(tǒng)、總控制裝置以及局部控制裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明中，最優(yōu)控制系統(tǒng)包括(a)與局部裝置連接并對該局部裝置進(jìn)行控制的局部控制裝置；(b)與多個(gè)局部控制裝置連接并對該多個(gè)局部控制裝置進(jìn)行綜合控制的總控制裝置；(c)針對每個(gè)該局部控制裝置，設(shè)置在該局部控制裝置和總控制裝置之間，并對在它們之間收發(fā)的控制信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口。
并且，在該最優(yōu)控制系統(tǒng)中，按照以下的步驟使控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口和總控制裝置工作。
(1)控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口保持有控制條件信息，該控制條件信息包括對于上述局部裝置的控制由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的制約條件和評價(jià)函數(shù)、以及表示局部裝置的控制的特征的屬性信息，上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口將從局部控制裝置輸出的上述局部物理狀態(tài)量變換為由規(guī)定的物理標(biāo)準(zhǔn)量表示的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量。
(2)總控控制裝置，基于上述各個(gè)控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口所保持的控制條件信息以及上述變換的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，算出針對每個(gè)局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值。
(3)控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，將通過總控制裝置算出的針對每個(gè)局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為與每個(gè)局部裝置對應(yīng)的物理量的局部控制目標(biāo)值，并將該變換的局部控制目標(biāo)值向局部控制裝置輸出。
通過本發(fā)明，總控制裝置和多個(gè)局部控制裝置介由與各個(gè)局部控制裝置對應(yīng)的控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口而被連接。因此，總控制裝置能夠得到標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，該標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量是將從各種局部控制裝置輸出的局部裝置的物理狀態(tài)量，用與局部控制裝置的不同無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)物理量來表示的物理狀態(tài)量。此外，由于能夠由該標(biāo)準(zhǔn)物理量表示與各個(gè)局部控制裝置相關(guān)的制約條件和評價(jià)函數(shù)，因此總控制裝置能夠容易地生成對這些制約條件和評價(jià)函數(shù)進(jìn)行綜合的綜合制約條件和綜合評價(jià)函數(shù)。其結(jié)果，能夠容易地算出對多個(gè)局部控制裝置的控制目標(biāo)值作為由標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的最優(yōu)控制目標(biāo)值。
此外，控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，存儲有對于局部控制裝置控制的局部裝置的控制由標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的制約條件以及評價(jià)函數(shù)，因此即使在總控制裝置中追加新的局部控制裝置，總控制裝置也能從該控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口取得該制約條件以及評價(jià)函數(shù)，因此能夠容易地生成綜合制約條件以及綜合評價(jià)函數(shù)。此外，即使去掉與總控制裝置連接的局部控制裝置的連接時(shí)，從綜合制約條件以及綜合評價(jià)函數(shù)除去該局部控制裝置相關(guān)的制約條件以及評價(jià)函數(shù)也變得容易。
即通過本發(fā)明，能夠容易地對總控制裝置追加局部控制裝置或去掉局部控制裝置。也即如果預(yù)先準(zhǔn)備對局部控制裝置的控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，則能夠容易地進(jìn)行采用該局部控制裝置的最優(yōu)控制系統(tǒng)的建立。因此，對多個(gè)控制參數(shù)的可進(jìn)行最優(yōu)化的最優(yōu)控制系統(tǒng)的建立變得容易，可減小該建立所需要的時(shí)間和步驟。
通過本發(fā)明，對多個(gè)控制參數(shù)的可進(jìn)行最優(yōu)化的最優(yōu)控制系統(tǒng)的建立變得容易，可減小該建立所需要的時(shí)間和步驟。


圖1是表示與本發(fā)明的第一實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的例子的圖。
圖2是表示與本發(fā)明的第二實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的例子的圖。
圖3是表示與本發(fā)明的第三實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的例子的圖。
圖4是表示與本發(fā)明的第四實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的例子的圖。
圖5為表示對本發(fā)明的第四實(shí)施方式的總控制裝置追加新的局部控制裝置并連接時(shí)的處理的流程的例子的圖。
圖6為表示適用于拖車的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)的具體例的圖。
圖7為表示適用于拖車的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)的第二具體例的圖。
圖8為表示適用于轎車的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)的具體例的圖。
圖9為表示適用于一般住宅房屋的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)的具體例的圖。
圖中1-控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口；2、2a、2b、2c-總控制裝置；3、3a、3b-局部控制裝置；4-局部裝置；10、10a、10b-最優(yōu)控制系統(tǒng)；11-物理量變換部；12-控制條件信息存儲部；21-控制條件信息綜合部；22-綜合控制條件信息存儲部；23-最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部；24-目標(biāo)信息取得部；25-環(huán)境信息取得部；31-局部控制部；110-標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部；120-控制條件信息；121-標(biāo)準(zhǔn)控制條件信息；220-綜合控制條件信息；3001-拖車主體；3002、3002a-牽引車；3 100-總控制裝置；3200-網(wǎng)絡(luò)；3202-發(fā)動(dòng)機(jī)；3212-Li電池；3212a-Pb電池；3222-電動(dòng)機(jī)；3232-Li電池；3242-電動(dòng)機(jī)；4000-轎車；4100-總控制裝置；4200-網(wǎng)絡(luò)；4202-發(fā)動(dòng)機(jī)；4212-Li電池；4222-電動(dòng)機(jī)；4232-汽車導(dǎo)航系統(tǒng)；4242-輔助設(shè)備；5000-住宅房屋；5100-家電控制器；5120-斷路器；5200-網(wǎng)絡(luò)；5202-電視機(jī)；5212-空調(diào)器；5222-電飯鍋；5232-電水壺；5242-空調(diào)器。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖，對本發(fā)明的實(shí)施方式詳細(xì)地進(jìn)行說明。
(第一實(shí)施方式)圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的例子的圖。如圖1所示，本實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)10，包括與局部裝置4連接并對該局部裝置4進(jìn)行控制的局部控制裝置3；和總控制裝置2，其與多個(gè)局部控制裝置3連接并對該多個(gè)局部控制裝置3進(jìn)行綜合控制。
在圖1中，局部控制裝置3包括專門控制局部裝置4的局部控制部31；和控制信號標(biāo)準(zhǔn)化接口1，其設(shè)置在局部控制部31以及總控制裝置2之間并對在它們之間收發(fā)的控制信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。此外，該控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口1包括物理量變換部11以及控制條件信息存儲部12。
物理量變換部11，將從局部裝置4輸出的局部物理狀態(tài)量變換為由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量(例如能量值)表示的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，將所變換的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量向總控制裝置2輸出。此外，另一方面，將從總控制裝置2輸出的由所述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為與所述局部裝置4的控制的狀況對應(yīng)的物理量的局部控制目標(biāo)值。
控制條件信息存儲部12，存儲有與局部裝置4的控制相關(guān)的控制條件信息120。在此，控制條件信息120包括由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示與局部裝置4的控制相關(guān)的制約條件以及評價(jià)函數(shù)的信息以及表示局部裝置4的控制的特征的屬性信息。
在此，局部控制裝置3包括由CPU(Central Processing Unit)、半導(dǎo)體存儲器或硬盤裝置等構(gòu)成的存儲裝置，物理量變換部11的功能是通過該CPU執(zhí)行保存在該存儲裝置中的物理量變換程序而實(shí)現(xiàn)。此外，控制條件信息存儲部12通過在該存儲裝置中確保的規(guī)定大小的存儲區(qū)域來實(shí)現(xiàn)，在該存儲區(qū)域中存儲有與局部裝置4的控制相關(guān)的控制條件信息120。
接下來，在圖1中，總控制裝置2包括控制條件信息綜合部21、綜合控制條件信息存儲部22、最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23、目標(biāo)信息取得部24以及環(huán)境信息取得部25。
控制條件信息綜合部21取得控制條件信息120，該控制條件信息120存儲在與總控制裝置2連接的各個(gè)局部控制裝置3所具有的控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口1的控制條件信息存儲部12中，對該所取得的各個(gè)控制條件信息120中所包括的制約條件以及評價(jià)函數(shù)進(jìn)行綜合，生成由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的綜合制約條件及綜合評價(jià)函數(shù)。之后，將該所生成的綜合制約條件以及綜合評價(jià)函數(shù)作為綜合控制條件信息220存儲到綜合控制條件信息存儲部22中。
綜合控制條件信息存儲部22存儲有綜合控制條件信息220。綜合控制條件信息220除了由控制條件信息綜合部21生成的綜合制約條件以及綜合評價(jià)函數(shù)之外，還包括控制裝置列表，該控制裝置列表是將局部控制裝置3的屬性信息和與該局部控制裝置3所進(jìn)行的控制相關(guān)的制約條件以及評價(jià)函數(shù)對應(yīng)起來的列表。
目標(biāo)信息取得部24包括與綜合控制裝置2連接的輸入裝置，取得由利用最優(yōu)控制系統(tǒng)10的用戶持某種意圖而輸入的目標(biāo)信息。例如在適用于汽車的節(jié)能系統(tǒng)中的最優(yōu)控制系統(tǒng)10的情況下，目標(biāo)信息取得部24取得來自制動(dòng)器和加速器的信號。
環(huán)境信息取得部25包括與總控制裝置2連接的傳感器等輸入裝置，取得圍繞最優(yōu)控制系統(tǒng)10的環(huán)境信息。例如在適用于汽車的節(jié)能系統(tǒng)的最優(yōu)控制系統(tǒng)10的情況下，環(huán)境信息取得部25取得汽車周圍的外部溫度和道路的坡度信息等。
最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23采用存儲在綜合控制條件信息存儲部22中的綜合制約條件以及綜合評價(jià)函數(shù)、從每個(gè)局部控制裝置3的物理變換部11輸出的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量、通過環(huán)境信息取得部25所取得的環(huán)境信息以及通過目標(biāo)信息取得部24所取得的目標(biāo)信息，針對每個(gè)局部控制裝置3算出由標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的最優(yōu)控制目標(biāo)值。
在此，總控制裝置2為包括CPU和由半導(dǎo)體存儲器或硬盤裝置等構(gòu)成的存儲裝置的信息處理裝置。因此，控制條件信息綜合部21以及最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23的各個(gè)功能是，通過由CPU分別執(zhí)行保存在存儲裝置中的控制條件信息綜合程序以及最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算程序來實(shí)現(xiàn)。此外，綜合控制條件信息存儲部22，通過在該存儲裝置中所確保的規(guī)定大小的存儲區(qū)域來實(shí)現(xiàn)，該存儲區(qū)域中存儲有綜合控制條件信息220。
此外，綜合控制裝置2和局部控制裝置3介由LAN(Local AreaNetwork)或CAN(Controller Area Network)等網(wǎng)絡(luò)連接。此外，局部控制裝置3和局部裝置4也可為通過與局部裝置4的狀況對應(yīng)的接口信號進(jìn)行連接的裝置。
接下來，對本實(shí)施方式中的最優(yōu)控制方法、即最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23中的最優(yōu)控制目標(biāo)值的計(jì)算方法進(jìn)行說明。
在此，首先設(shè)總控制裝置與p個(gè)控制對象即局部控制裝置3連接。此時(shí)，設(shè)最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23從第k個(gè)局部控制裝置3的物理量變換部11接受m個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量的供給，向物理量變換部11輸出n個(gè)最優(yōu)控制目標(biāo)值，并且將它們分別用向量Yk(t)以及向量Xk(t)表示。即最優(yōu)控制目標(biāo)值向量Xk(t)和標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量向量Yk(t)分別由式(1)以及式(2)表示。
Xk(t)＝(xk，1(t)，xk，2(t)，…，xk，n(t))(1)Yk(t)＝(yk，1(t)，yk，2(t)，…，yk，m(t))(2)在此，向量的成分Xk，1(t)、Xk，2(t)、…、Xk，n(t)，為最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23向第k個(gè)局部控制裝置3輸出的n個(gè)最優(yōu)控制目標(biāo)值，Yk， 1(t)、Yk，2(t)、…、Yk，m(t)，為最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23向第k個(gè)局部控制裝置3取得的m個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量。另外，k＝1，…p。此外，(t)表示時(shí)間函數(shù)。
接下來，用式(3)表示與第k個(gè)局部控制裝置3中的局部裝置4的控制相關(guān)的制約條件，用式(4)表示評價(jià)函數(shù)。
hk，i(t，Xk(t)，Yk(t))≤ck，i(3)gk(t，Xk(t)，Yk(t)) (4)
在此，k＝1，…p，i＝1，…q。q表示制約條件的個(gè)數(shù)。即制約條件也可對一個(gè)控制對象即一個(gè)局部控制裝置3存在多個(gè)。此外，ck，j表示常數(shù)，但該常數(shù)或僅為常數(shù)0，或表示制約條件的界限值。另外，在制約條件的式(3)中，左右兩邊采用不等號來關(guān)聯(lián)，但也可采用等號來關(guān)聯(lián)。
此外，制約條件的式(3)以及評價(jià)函數(shù)的式(4)均為時(shí)間t、最優(yōu)控制目標(biāo)值向量Xk(t)以及標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量向量Yk(t)的函數(shù)。另外，制約條件的式(3)以及評價(jià)函數(shù)的式(4)也可均為包括最優(yōu)控制目標(biāo)值向量Xk(t)以及標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量向量Yk(t)的時(shí)間微分的函數(shù)。
這些制約條件的式(3)以及評價(jià)函數(shù)的式(4)通常在建立通過局部控制裝置3對局部裝置4進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)時(shí)被開發(fā)，在控制條件信息存儲部12中作為控制條件信息120保管。此外，此時(shí)同時(shí)決定物理量變換部11中的物理量的變換式等。
在此，總控制裝置2通過該控制條件信息綜合部21從與自身連接的局部控制裝置3取得在各個(gè)控制條件信息存儲部12中保管的控制條件信息120，對各個(gè)控制條件信息120中所包括的制約條件以及評價(jià)函數(shù)進(jìn)行綜合，而生成綜合制約條件以及綜合評價(jià)函數(shù)。
在對制約條件進(jìn)行綜合時(shí)，控制條件信息綜合部21根據(jù)屬性信息，對從局部控制裝置3得到的制約條件的公式的值表示什么進(jìn)行分類。該屬性信息例如為控制條件信息120的屬性信息，與制約條件的各個(gè)公式對應(yīng)而預(yù)先存儲。并且，關(guān)于從不同的局部控制裝置3得到的相同屬性信息的制約條件，例如采用能量守恒定律或運(yùn)動(dòng)量守恒定律等的物理定律而綜合為一個(gè)公式。此外，在進(jìn)行該綜合時(shí)，根據(jù)需要考慮環(huán)境信息向量S(t)。此外，關(guān)于沒有相同屬性信息的制約條件，不進(jìn)行綜合，直接將由式(3)表示的制約條件作為綜合制約條件使用。
式(5)為將由控制條件信息綜合部21綜合的綜合制約條件一般表示的公式。
Hi，(t，X1(t)，…，Xp(t)，Y1(t)，…，Yp(t)，S(t))≤Ci(5)在此，S(t)為環(huán)境信息向量，具有s個(gè)成分。即該各個(gè)成分為通過環(huán)境信息取得部25所取得的環(huán)境信息的值。該環(huán)境信息的值也由變換為標(biāo)準(zhǔn)物理量的值來表示。
此外，在式(5)中，i＝1，…，Q，Q表示綜合制約條件的個(gè)數(shù)。此外，Ci表示常數(shù)，該常數(shù)或僅為常數(shù)0，或表示制約條件的界限值。
接下來，綜合評價(jià)函數(shù)J例如如式(6)所示，也可表示局部控制裝置3中的各個(gè)評價(jià)函數(shù)gk的加權(quán)平均。
J=Σk=1pakgk(t,Xk(t),Yk(t))]]>在此，ak為加權(quán)平均的加權(quán)值，滿足a1+a2+…+ap＝1。另外，該加權(quán)值ak未必為固定值，根據(jù)來自目標(biāo)信息取得部24的輸入信息適當(dāng)變更。
以上，如果通過控制條件信息綜合部21準(zhǔn)備綜合制約條件的式(5)和綜合評價(jià)函數(shù)J的式(6)，則最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23計(jì)算出滿足綜合制約條件的式(5)，并且使綜合評價(jià)函數(shù)J的式(6)成為最大(或最小)的最優(yōu)控制目標(biāo)值向量Xk(t)(k＝1，…，p)。另外，最優(yōu)控制目標(biāo)值向量Xk(t)的計(jì)算能夠利用公知的梯度法(登山法)等的數(shù)值計(jì)算法。
如果最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23如上所述那樣，計(jì)算出最優(yōu)控制目標(biāo)值向量Xk(t)，則將該算出的最優(yōu)控制目標(biāo)值向量Xk(t)的各成分的值分別作為第k個(gè)局部控制裝置3的最優(yōu)控制目標(biāo)值輸出。
另外，綜合評價(jià)函數(shù)J也可利用下式(7)來代替式(6)。
J=Σk=1p∫t1t2akgk(t,Xk(t),Yk(t))dt---(7)]]>在此，能夠使t1表示當(dāng)前的時(shí)刻，t2表示在此以后的時(shí)刻。此時(shí)，可進(jìn)行預(yù)測了將來的狀況的最優(yōu)控制。
以上，根據(jù)本實(shí)施方式，局部控制裝置3具備物理量變換部11，介由該物理量變換部11，在與總控制裝置2之間，收發(fā)變換為規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量(例如能量值)的控制信息(標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量以及最優(yōu)控制目標(biāo)值。此外，在局部控制裝置3中，與環(huán)路控制和模型控制無關(guān)，由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量來表示對于與局部控制裝置4相關(guān)的控制的制約條件以及評價(jià)函數(shù)，并且可將該制約條件以及評價(jià)函數(shù)在控制條件信息存儲部12中保管。
因此，總控制裝置2，不拘泥于自身與哪種局部控制裝置3連接，與該局部控制裝置3之間的信息的收發(fā)也可利用變換為上述標(biāo)準(zhǔn)物理量的控制信息來進(jìn)行。此外，總控制裝置2能夠從與自身連接的局部控制裝置3取得與各個(gè)局部控制裝置3所控制的局部裝置4的控制有關(guān)的制約條件以及評價(jià)函數(shù)。并且，該制約條件以及評價(jià)函數(shù)由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量來表示，因此總控制裝置2不拘泥于自身與哪種局部控制裝置3連接，只要從該局部控制裝置3取得各個(gè)制約條件以及評價(jià)函數(shù)，則能夠容易地生成對這些制約條件以及評價(jià)函數(shù)進(jìn)行綜合的綜合制約條件以及綜合評價(jià)函數(shù)。并且，總控制裝置2能基于該綜合制約條件以及綜合評價(jià)函數(shù)，對各個(gè)局部控制裝置3提供最佳的最優(yōu)控制目標(biāo)值。
即在本實(shí)施方式的最優(yōu)控制系統(tǒng)10中，控制系統(tǒng)的開發(fā)者也可幾乎不考慮最優(yōu)控制系統(tǒng)10整體的控制結(jié)構(gòu)等，而主要對與局部控制裝置3中的局部裝置4相關(guān)的控制系統(tǒng)開發(fā)由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的制約條件以及評價(jià)函數(shù)。因此，最優(yōu)控制系統(tǒng)10整體的開發(fā)所需要的步驟以及時(shí)間與以往相比大幅度削減。
(第二實(shí)施方式)圖2是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的例子的圖。如圖2所示，第二實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)10a包括與局部裝置4連接并對該局部裝置4進(jìn)行控制的局部控制裝置3a；以及，與多個(gè)局部控制裝置3a連接并對該多個(gè)局部控制裝置3a進(jìn)行綜合控制的總控制裝置2a。另外，在圖2中，對與圖1功能相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號。
第二實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)10a，如果與第一實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)10(參照圖1)相比，則控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口1被包括于總控制裝置2a而未被包括于局部控制裝置3a的這一點(diǎn)上不同。
局部控制裝置3a，向總控制裝置2a輸出局部物理狀態(tài)量，該局部物理狀態(tài)量采用與局部裝置4或局部控制裝置3a的狀況對應(yīng)的物理量來表示，此外同樣從總控制裝置2a接收采用與局部裝置4或局部控制裝置3a的狀況對應(yīng)的物理量來表示的局部控制目標(biāo)值，由此對局部裝置4進(jìn)行控制。
總控制裝置2a除了第一實(shí)施方式的總控制裝置2的構(gòu)成要素之外，還具備控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口1，該控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口1分別對應(yīng)于與自身連接的局部控制裝置3a?？刂菩畔?biāo)準(zhǔn)化接口1包括物理量變換部11和存儲有控制條件信息120的控制條件信息存儲部12。物理量變化部11，將從局部控制裝置3a輸出的局部物理狀態(tài)量變換為由規(guī)定的物理量表示的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，并且將從最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23輸出的最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為與局部控制裝置3a或局部裝置4的狀況對應(yīng)的局部控制目標(biāo)值。此外，控制條件信息120包括由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示局部裝置4的控制相關(guān)的制約條件以及評價(jià)函數(shù)的信息、以及表示局部裝置4的控制特征的屬性信息。
以上，根據(jù)第二實(shí)施方式，控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口1除了被包括于總控制裝置2a而未被包括于局部控制裝置3a之外，其功能以及動(dòng)作與第一實(shí)施方式的情況相同。此外，總控制裝置2a除了包括控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口1之外，其功能以及動(dòng)作與第一實(shí)施方式的總控制裝置2相同。因此，第二實(shí)施方式的最優(yōu)控制系統(tǒng)10a實(shí)現(xiàn)與第一實(shí)施方式的最優(yōu)控制系統(tǒng)10大致相同的作用以及效果。
另外，在第二實(shí)施方式的情況下，控制系統(tǒng)的開發(fā)者，需要對每個(gè)與總控制裝置2a連接的局部控制裝置3a開發(fā)物理量變換部11，并將該物理量變換部插入總控制裝置2a，該物理量變換部11將在該局部控制裝置3a與總控制裝置2a之間收發(fā)的局部物理狀態(tài)量以及局部控制目標(biāo)值變換為由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量以及最優(yōu)控制目標(biāo)值。
并且，控制系統(tǒng)的開發(fā)者，需要由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示與局部控制裝置3a所控制的局部裝置4的控制相關(guān)的制約條件以及評價(jià)函數(shù)、而且決定用于表示該局部裝置4的控制的特征的屬性信息，并將上述的制約條件、評價(jià)函數(shù)以及屬性信息作為控制條件信息120，將其存儲在控制條件信息存儲部12中。
(第三實(shí)施方式)圖3為表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖3所示，第三實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)10b包括與局部裝置4連接并對該局部裝置4進(jìn)行控制的局部控制裝置3b和與多個(gè)局部控制裝置3b連接并對該多個(gè)局部控制裝置3b進(jìn)行綜合控制的總控制裝置2b。另外，圖3中，對與圖1相同功能的構(gòu)成要素賦予相同的符號。
第三實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)10b與第一實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)10(參照圖1)相比，在物理量變換部11被包括于總控制裝置2b而未被包括于局部控制裝置3b的這點(diǎn)不同。
局部控制裝置3b包括局部控制部31和控制條件信息存儲部12。局部控制部31向總控制裝置2b輸出與局部裝置4或局部控制部31的狀況對應(yīng)的由物理量表示的局部物理狀態(tài)量，此外同樣從總控制裝置2b接收與局部裝置4或局部控制部31的狀況對應(yīng)的由物理量表示的局部控制目標(biāo)值，由此對局部裝置4進(jìn)行控制。
在此，控制條件信息存儲部12存儲有控制條件信息120，該控制條件信息120包括由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量表示與局部裝置4的控制相關(guān)的制約條件以及評價(jià)函數(shù)的信息、以及表示局部裝置4的控制的特征的屬性信息。
總控制裝置2b除了第一實(shí)施方式的總控制裝置2的構(gòu)成要素之外，還包括對應(yīng)于與自身連接的局部控制裝置3b的每一個(gè)的物理量變換部11。物理量變換部11將從局部控制部31輸出的局部物理狀態(tài)量變換為由規(guī)定的物理量表示的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，并且將從最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23輸出的最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為與局部控制部31或局部裝置4的狀況對應(yīng)的局部控制目標(biāo)值。
以上，通過第三實(shí)施方式，局部控制裝置3b除了不包括物理量變換部11之外，其功能以及動(dòng)作與第一實(shí)施方式的局部控制裝置3相同。此外，總控制裝置2b除了包括物理量變換部11之外，其功能以及動(dòng)作與第一實(shí)施方式的總控制裝置2相同。因此，第三實(shí)施方式的最優(yōu)控制系統(tǒng)10b實(shí)現(xiàn)與第一實(shí)施方式的最優(yōu)控制系統(tǒng)10大致相同的作用以及效果。
(第四實(shí)施方式)圖4為表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的例子的圖。如圖4所示，第四實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)，包括與局部裝置4連接并對該局部裝置4進(jìn)行控制的局部控制裝置3、3a、3b；和分別與這些局部控制裝置3、3a、3b連接并對這些局部控制裝置3、3a、3b進(jìn)行綜合控制的總控制裝置2c。即本實(shí)施方式中的總控制裝置2c能夠?qū)Φ谝粚?shí)施方式～第三實(shí)施方式中所示的局部控制裝置3、3a、3b進(jìn)行混合控制。
另外，在圖4中，對與圖1～圖3相同功能的構(gòu)成要素賦予相同的符號。但是，在圖4中，為了避免煩雜，省略控制條件信息存儲部12以及綜合控制條件信息存儲部22的記載，只對分別存儲在控制條件信息存儲部12以及綜合控制條件信息存儲部22中的控制條件信息120以及綜合控制條件信息220進(jìn)行記載。此外，在圖4中，局部控制裝置3、3a、3b各記載為1個(gè)，但其個(gè)數(shù)并不限于1，其個(gè)數(shù)可為多個(gè)，也可為零。
在本實(shí)施方式中，局部控制裝置3a不包括控制條件信息120以及物理量變換部11的任一個(gè)。此外，局部控制裝置3b不包括物理量變換部11。在此，控制系統(tǒng)的開發(fā)者，預(yù)先制定適合于局部控制裝置3a的控制條件信息(控制條件信息#1～#3等)，將上述控制條件信息作為標(biāo)準(zhǔn)控制條件信息121而保管在總控制裝置2c的存儲裝置中。
同樣，控制系統(tǒng)的開發(fā)者，預(yù)先制定用于實(shí)現(xiàn)適合于局部控制裝置3a、3b的物理量變換部(物理量變換部#1～#3等)的程序，將上述物理量變換部作為標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部110而保管在總控制裝置2c的存儲裝置中。
如上所述，總控制裝置2c，在通過控制條件信息綜合部21對與自身連接的局部控制裝置3、3a、3b相關(guān)的控制條件信息120進(jìn)行綜合時(shí)，對如局部控制裝置3a那樣不包括控制條件信息120的裝置，能夠從標(biāo)準(zhǔn)控制條件信息121取出適合于該局部控制裝置3a的控制條件信息(例如控制條件信息#1)并進(jìn)行利用。此外，同樣對于不包括物理量變換部11的局部控制裝置3a、3b，總控制裝置2c從標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部110取出適合于該局部控制裝置3a、3b的物理量變換部(例如物理量變換部#1、#2)，將該已取出的物理量變換部(例如物理量變換部#1、#2)設(shè)定為實(shí)際上執(zhí)行物理量變換的物理量變換部11后，能夠分別進(jìn)行物理量變換。
作為在本實(shí)施方式中產(chǎn)生的新的效果，可舉出局部控制裝置3、3a、3b與總控制裝置2c非常容易連接，且非常容易拆卸。
即，對于有可能與總控制裝置2c連接的特定的局部控制裝置3a，將適合于它們的控制條件信息#1～#3預(yù)先作為標(biāo)準(zhǔn)控制條件信息121而保管在存儲裝置中。此外，對于有可能與總控制裝置2c連接的該特定的局部控制裝置3a、3b，將適合于它們的標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部#1～#3等作為標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部110預(yù)先存儲在存儲裝置中。
也即，在已經(jīng)與局部控制裝置3、3a、3b中的幾個(gè)連接而構(gòu)成的總控制裝置2c，與其他局部控制裝置3或特定的局部控制裝置3a、3b的任一個(gè)連接時(shí)，總控制裝置2c通過控制條件信息綜合部21將局部控制裝置3、3b自身中所包括的控制條件信息120或由標(biāo)準(zhǔn)控制條件信息121準(zhǔn)備的適合于局部控制裝置3a的控制條件信息(例如控制條件信息#1)綜合為到此為止的綜合控制條件信息220，能夠立即生成新的綜合控制條件信息220。
此外，總控制裝置2c，最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23基于該生成的新的綜合控制條件信息220，輸出對局部控制裝置3、3a、3b的最優(yōu)控制目標(biāo)值時(shí)，能夠采用局部控制裝置3自身中所包括的物理量變換部11或在標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部110中所準(zhǔn)備的適合于局部控制裝置3a、3b的物理量變換部(例如物理量變換部#1、#2)而進(jìn)行物理量變換。
此外，在從已經(jīng)與總控制裝置2c連接的局部控制裝置3、3a、3b中拆卸其中之一時(shí)，總控制裝置2c立刻從綜合控制條件信息220排除與該拆除的局部控制裝置3(或3a、3b)有關(guān)的控制條件信息后，能夠通過該最優(yōu)控制目標(biāo)值計(jì)算部23根據(jù)排除后的綜合控制條件信息220算出最優(yōu)控制目標(biāo)值。
因此，在本實(shí)施方式中，能夠?qū)偪刂蒲b置2c，以在線狀態(tài)追加連接局部控制裝置3(或3a、3b)，或者拆卸。其結(jié)果，在所實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)控制系統(tǒng)中，能夠確保對作為控制對象的局部控制裝置3、3a、3b的安全性(failsafe)，并且實(shí)現(xiàn)魯棒控制。
此外，在本實(shí)施方式中，控制系統(tǒng)的開發(fā)者，需要對特定的局部控制裝置3a、3b預(yù)先準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)控制條件信息121和標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部110。此時(shí)，能夠?qū)?jīng)常使用的或類似的局部控制裝置3a、3b，預(yù)先將該控制條件信息和物理量變換部進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。因此，在能夠?qū)崿F(xiàn)該控制條件信息和物理量變換部的標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)，能夠大幅削減之后開發(fā)的與其類似的與局部控制裝置3a、3b相關(guān)的控制條件信息和物理變換部的開發(fā)工時(shí)。
圖5為表示對以上說明的總控制裝置，追加新的局部控制裝置并連接時(shí)的處理的流程的例子的圖。
在圖5中，總控制裝置2c，在追加與自身連接的新的局部控制裝置3(或3a、3b，以下省略該括號描述)并連接時(shí)，首先基于從局部控制裝置3發(fā)送的信息，判定該局部控制裝置3所具有的接口是否正確(步驟S10)。并且，在判定為該接口不正確時(shí)，也即在所追加的局部控制裝置3不能與自身連接時(shí)(步驟S10否)，總控制裝置2c拒絕該局部控制裝置3的連接(步驟S20)。此時(shí)，總控制裝置2c或局部控制裝置3將表示拒絕連接的消息或告警顯示在附屬的顯示裝置(未圖示)等中。
另一方面，總控制裝置2c，在判斷該接口正確時(shí)(步驟S10是)，進(jìn)一步判斷局部控制裝置3是否具有控制條件信息120(步驟S11)。并且，在局部控制裝置3具有控制條件信息120時(shí)(步驟S11是)，總控制裝置2c從局部控制裝置3取得控制條件信息120，將該所取得的控制條件信息120綜合到綜合控制條件信息220(步驟S12)。
另一方面，在局部控制裝置3不具有控制條件信息120(步驟S11否)時(shí)，總控制裝置2c參照標(biāo)準(zhǔn)控制條件信息121，對適合于該追加的局部控制裝置3的控制條件信息是否在標(biāo)準(zhǔn)控制條件信息121中進(jìn)行判定(步驟S13)。在該判定的結(jié)果為沒有適合的控制條件信息時(shí)(步驟S13否)，總控制裝置2c拒絕該局部控制裝置3的連接(步驟S20)。此外，在所適合的控制條件信息在標(biāo)準(zhǔn)控制條件信息121中時(shí)(步驟S13是)，總控制裝置2c將該適合的控制條件信息綜合到綜合控制條件信息220(步驟S14)。
在步驟S12或步驟S14之后，總控制裝置2c對綜合控制條件信息220的總控制條件，判定與所追加的局部控制裝置3相關(guān)的制約條件和追加之前的制約條件之間是否存在矛盾(步驟S15)。并且，在這些制約條件存在矛盾時(shí)(步驟S15是)，總控制裝置2c從綜合控制條件信息220中刪除在步驟S12或步驟S14中追加的控制條件信息(步驟S16)，并拒絕該局部控制裝置3的連接(步驟S20)。
另一方面，在制約條件沒有矛盾時(shí)(步驟S15否)，總控制裝置2c還對局部控制裝置3是否具有物理量變換部11進(jìn)行判定(步驟S17)。該判定結(jié)果為局部控制裝置3不具有物理量變換部11時(shí)(步驟S17否)，總控制裝置2c參照標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部110，對適合于該所追加的局部控制裝置3的物理量變換部是否在標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部110中存在進(jìn)行判定(步驟S18)。并且，在所適合的物理量變換部不在標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部110中時(shí)(步驟S18否)，總控制裝置2c拒絕該局部控制裝置3的連接(步驟S20)。
另一方面，在所適合的物理量變換部在標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部110中存在時(shí)(步驟S18是)，總控制裝置2c設(shè)定該所適合的物理量變換部為該局部控制裝置3用的物理量變換部(步驟S19)，接下來，結(jié)束圖5的處理。另外，在步驟S19的情況下，局部控制裝置3(此時(shí)相當(dāng)于3a、3b)不具有物理量變換部11，因此總控制裝置2c利用由標(biāo)準(zhǔn)物理量變換部110準(zhǔn)備的適合的物理量變換部，進(jìn)行對自身物理量的變換處理所進(jìn)行的準(zhǔn)備。
另一方面，在步驟S17的判定中，在局部控制裝置3具有物理量變換部11時(shí)(步驟S17是)，接下來結(jié)束圖5的處理。另外，此時(shí)局部控制裝置3能進(jìn)行物理量變換。
(最優(yōu)控制系統(tǒng)的具體例)以下，參照圖6～圖9，對本發(fā)明的實(shí)施方式相關(guān)的最優(yōu)控制系統(tǒng)的具體例進(jìn)行說明。
(具體例1)圖6為表示適于拖車的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)的具體例的圖。如圖6所示，拖車由作為車箱的拖車主體3001和具備駕駛室并對拖車主體進(jìn)行牽引的牽引車3002構(gòu)成。
牽引車3002具備能量最優(yōu)控制用的總控制裝置3100，例如發(fā)動(dòng)機(jī)3202、Li(鋰)電池3212、電動(dòng)機(jī)3222分別經(jīng)由能量IF(接口)3201、3211、3221和網(wǎng)絡(luò)3200與該總控制裝置3100連接。因此，該牽引3002車為所謂的混合動(dòng)力車。
在此，能量IF3201、3211、3221相當(dāng)于第一實(shí)施方式中的控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口1(參照圖1)。在本具體例中，選擇能量作為標(biāo)準(zhǔn)物理量，因此將控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口1稱作能量IF(以下在后述的具體例中也相同)。這些能量IF3201、3211、3221分別具備用于控制發(fā)動(dòng)機(jī)3202、Li電池3212、電動(dòng)機(jī)3222的控制條件信息和物理量變換部。因此，總控制裝置3100基于這些控制條件信息，能夠生成用于能量最優(yōu)控制的綜合控制條件和綜合評價(jià)函數(shù)。
在此，總控制裝置3100，在牽引車3002單獨(dú)行駛時(shí)，從作為控制對象的發(fā)動(dòng)機(jī)3202、Li電池3212、電動(dòng)機(jī)3222取得規(guī)定的物理狀態(tài)量，并且按照規(guī)定的綜合評價(jià)函數(shù)計(jì)算出最優(yōu)控制的能量目標(biāo)值，對發(fā)動(dòng)機(jī)3202、Li電池3212、電動(dòng)機(jī)3222輸出該算出的能量目標(biāo)值。由此，在牽引車3002中，可實(shí)現(xiàn)節(jié)能和削減CO2的排出為目的的能量的最優(yōu)控制。
如果將拖車主體3001與這種牽引車3002連接，則總控制裝置3100還經(jīng)由能量IF3231、3241與Li電池3232和電動(dòng)機(jī)3242連接。在檢測出總控制裝置3100連接有新的控制對象時(shí)，從該能量IF3231、3241取得控制條件信息，最初施加給發(fā)動(dòng)機(jī)3202、Li電池3212、電動(dòng)機(jī)3222后，對所追加連接的Li電池3232、電動(dòng)機(jī)3242進(jìn)行綜合而生成可最優(yōu)控制的綜合制約條件和綜合評價(jià)函數(shù)。并且，基于該生成的綜合制約條件和綜合評價(jià)函數(shù)，分別對發(fā)動(dòng)機(jī)3202、Li電池3212、電動(dòng)機(jī)3222、Li電池3232、電動(dòng)機(jī)3242輸出最優(yōu)能量目標(biāo)值。
此外，在拖車主體3001從牽引車3002斷開后，總控制裝置3100檢測出上述情況，只對牽引車3002上的發(fā)動(dòng)機(jī)3202、Li電池3212、電動(dòng)機(jī)3222進(jìn)行能量的最優(yōu)控制。
如上所述，在將本發(fā)明適用于拖車的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)中時(shí)，如果在拖車主體3001中設(shè)置有Li電池3232和電動(dòng)機(jī)3242，則僅將該拖車主體3001與牽引車3002連接，就能夠容易地建立包括通過該連接所追加的Li電池3232和電動(dòng)機(jī)3242的拖車整體的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)。在此，在這種能量最優(yōu)控制系統(tǒng)中，通過連接拖車主體3001，可簡單地實(shí)現(xiàn)例如由于車輛重量增加而引起的轉(zhuǎn)矩增加，由于再生電力增加而引起的Li電池3232的容量增加等。
(具體例2)圖7為表示適用于拖車的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)的第二具體例的圖。另外，圖7對圖6的一部分進(jìn)行變更，對與圖6相同的構(gòu)成要素賦予相同的符號。
如圖7所示，牽引車3002a具備能量最優(yōu)控制用的總控制裝置3100，還具備發(fā)動(dòng)機(jī)3202以及使用于發(fā)動(dòng)機(jī)3202的起動(dòng)等的Pb(鉛)電池3212a來作為其控制對象。從而，該牽引車3002a為單獨(dú)僅采用發(fā)動(dòng)機(jī)3202進(jìn)行行駛的車。此外，拖車主體3001與圖6結(jié)構(gòu)相同，具備Li電池3232和電動(dòng)機(jī)3242。
接下來，將拖車主體3001與牽引車3002a連接時(shí)，總控制裝置3100檢測出連接有Li電池3232和電動(dòng)機(jī)3242作為其控制對象，從與Li電池3232和電動(dòng)機(jī)3242分別連接的能量IF3231、3241取得控制條件信息，生成綜合制約條件以及綜合評價(jià)函數(shù)，通過這樣可對發(fā)動(dòng)機(jī)3202、Pb電池3212a、Li電池3232、電動(dòng)機(jī)3242進(jìn)行綜合控制。
因此，如果將本發(fā)明適用于拖車中的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)中，則僅將拖車主體3001與牽引車3002a連接，就可使發(fā)動(dòng)機(jī)車的牽引車3002a變?yōu)榛旌蟿?dòng)力車。
(具體例3)圖8為表示適用于轎車的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)的具體例的圖。如圖8所示，Li電池4212以及電動(dòng)機(jī)4222分別通過能量IF4210、4211、4221和網(wǎng)絡(luò)4200與轎車4000上的總控制裝置4100連接。另外，該轎車4000為混合動(dòng)力車。
總控制裝置4100，對這樣連接的發(fā)動(dòng)機(jī)4202、Li電池4212、電動(dòng)機(jī)4222，通常進(jìn)行最低燃料費(fèi)的行駛控制。在該狀況下，總控制裝置4100，分別通過能量IF4231、4241和網(wǎng)絡(luò)4200與汽車導(dǎo)航系統(tǒng)4232以及輔助設(shè)備(auxiliary equipment)4242連接時(shí)，總控制裝置4100檢測出該連接，從能量IF4231、4241取得各個(gè)控制條件信息，生成綜合制約條件以及綜合評價(jià)函數(shù)，通過這樣能夠進(jìn)行包括汽車導(dǎo)航系統(tǒng)4232以及輔助設(shè)備4242并成為最低燃料費(fèi)的行駛控制。
此時(shí)，在對汽車導(dǎo)航系統(tǒng)4232的能量IF4231的控制條件信息的屬性信息中包括有表示汽車導(dǎo)航系統(tǒng)4232可作為環(huán)境信息取得部25(參照圖1)使用的信息。并且，在總控制裝置4100取得控制條件信息時(shí)，且檢測出該信息時(shí)，總控制裝置4100例如將汽車導(dǎo)航系統(tǒng)4232作為環(huán)境信息取得部25使用。
另外，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)4232，具有在目的地之前的引導(dǎo)路徑上的混雜信息等，基于該混雜信息等的目的地之前的預(yù)測所需時(shí)間等，可用作環(huán)境信息。此外，沿著引導(dǎo)路徑的道路的坡度信息等也稱作對行駛能量的消耗帶來較大影響的重要的環(huán)境信息。因此，在總控制裝置4100中，進(jìn)行考慮這種環(huán)境信息的能量的最優(yōu)控制時(shí)，可進(jìn)行更加周密的低燃料費(fèi)的行駛控制。
(具體例4)圖9為表示適用于一般住宅房屋的能量最優(yōu)控制系統(tǒng)的具體例的圖。如圖9所示，在住宅房屋5000中，電視機(jī)5202、空調(diào)器5212、電飯鍋5222、電水壺5232等家用電器分別經(jīng)由能量IF5201、5211、5221、5231和網(wǎng)絡(luò)5200與作為總控制裝置發(fā)揮功能的家電控制器5100連接。
家電控制器5100與斷路器5120一起設(shè)置，按照抑制控制對象的家電品的電力消耗量的方式進(jìn)行控制，并且按照電流使用量不超過契約安培(契約アンペア)的方式對家用電器的動(dòng)作進(jìn)行控制。
家電控制器5100，即使在例如電飯鍋5222、電水壺5232、空調(diào)器5212等競爭使用的情況下，也可按照使飯美味地煮好的方式優(yōu)先向電飯鍋5222供電，限制向電水壺5223和空調(diào)器5212的供電，不會(huì)使斷路器5120斷開。由此，只要水沸騰之前的時(shí)間變長或者室內(nèi)的溫度變化在人沒有覺察的范圍或能忍耐的范圍內(nèi)就沒有問題。
因此，在家用電器中，需要預(yù)先設(shè)定供電的優(yōu)先順序。該設(shè)定例如也可由人通過附屬于家電控制器5100的顯示面板等來自由地進(jìn)行?；蛘?，家用電器也可分別具有預(yù)先設(shè)定的優(yōu)先順序。此時(shí)，也可在家用電器與家電控制器5100連接時(shí)，在例如控制條件信息120(參照圖1)的屬性信息中包括有該優(yōu)先順序的信息，并向家電控制器5100發(fā)送。
此外，家用電器控制器5100能夠通過能量IF在任何時(shí)候檢測出住宅房屋5000中的家用電器的追加或拆卸。例如在家電控制器5100中新追加了空調(diào)器5242時(shí)，家電控制器5100通過從空調(diào)器5242的能量IF5241取得關(guān)于空調(diào)5242的控制條件信息，從而可進(jìn)行包括空調(diào)5242的電力控制。
另外，家電控制器5100中，通過能量IF不限定于圖示的家用電器，也可連接太陽能發(fā)電裝置、蓄電裝置、溫水蓄熱裝置等能量供給設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種最優(yōu)控制系統(tǒng)中的最優(yōu)控制方法，該最優(yōu)控制系統(tǒng)包括總控制裝置、控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口、局部控制裝置和局部裝置，上述局部控制裝置與上述局部裝置連接并對該連接的局部裝置進(jìn)行控制，上述總控制裝置介由按每個(gè)上述局部控制裝置設(shè)置的上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，與多個(gè)上述局部控制裝置連接，并對所連接的多個(gè)上述局部控制裝置進(jìn)行綜合控制，上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，保持有控制條件信息，該控制條件信息包括對于上述局部裝置的控制由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的制約條件和評價(jià)函數(shù)、以及表示上述局部裝置的控制的特征的屬性信息，上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，將從上述局部控制裝置輸出的上述局部物理狀態(tài)量變換為由上述規(guī)定的物理標(biāo)準(zhǔn)量表示的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，上述總控制裝置，基于每個(gè)上述各個(gè)控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口保持的上述控制條件信息以及上述所變換的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，針對每個(gè)上述局部控制裝置算出最優(yōu)控制目標(biāo)值，上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，將通過上述總控制裝置算出的針對每個(gè)上述局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值，變換為與上述局部裝置對應(yīng)的物理量的局部控制目標(biāo)值，并且，將上述變換后的局部控制目標(biāo)值向上述局部控制裝置輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的最優(yōu)控制方法，其特征在于，上述總控制裝置，在算出針對每個(gè)上述局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值時(shí)，將每個(gè)上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口保持的上述控制條件信息中所包括的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)分別進(jìn)行綜合，生成由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的綜合制約條件及綜合評價(jià)函數(shù)，采用上述生成的綜合制約條件、綜合評價(jià)函數(shù)以及從每個(gè)上述局部控制裝置輸出的上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，算出針對每個(gè)上述局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值。
3.一種最優(yōu)控制系統(tǒng)中的最優(yōu)控制方法，該最優(yōu)控制系統(tǒng)包括總控制裝置、局部控制裝置和局部裝置，上述局部控制裝置與上述局部裝置連接并對該連接的局部裝置進(jìn)行控制，上述總控制裝置與多個(gè)上述局部控制裝置連接，并對所連接的多個(gè)上述局部控制裝置進(jìn)行綜合控制，上述局部控制裝置，保持有控制條件信息，該控制條件信息包括對于上述局部裝置的控制由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的制約條件和評價(jià)函數(shù)、以及表示上述局部裝置的控制的特征的屬性信息，上述局部控制裝置，將從上述局部裝置輸出的上述局部物理狀態(tài)量變換為由上述規(guī)定的物理標(biāo)準(zhǔn)量表示的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，上述總控制裝置，基于每個(gè)上述局部裝置保持的上述控制條件信息中所包括的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)分別進(jìn)行綜合，生成由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的綜合制約條件及綜合評價(jià)函數(shù)，并且，采用上述生成的綜合制約條件、綜合評價(jià)函數(shù)以及從每個(gè)上述局部控制裝置輸出的上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，針對每個(gè)上述局部控制裝置算出最優(yōu)控制目標(biāo)值，上述局部控制裝置，將通過上述總控制裝置算出的針對每個(gè)上述局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值，變換為與上述局部裝置對應(yīng)的物理量的局部控制目標(biāo)值，并且，將上述變換后的局部控制目標(biāo)值向上述局部裝置輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的最優(yōu)控制方法，其特征在于，上述最優(yōu)控制系統(tǒng)，還包括特定局部控制裝置，該特定局部控制裝置為不進(jìn)行將上述局部裝置輸出的上述局部物理狀態(tài)量變換為上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量的處理、和將上述總控制裝置算出的最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為上述局部物理狀態(tài)量的處理的上述局部控制裝置，上述總控制裝置，在輸入上述特定局部控制裝置所輸出的上述局部物理狀態(tài)量時(shí)，將上述輸入的局部物理狀態(tài)量變換為上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，在將上述算出的最優(yōu)控制目標(biāo)值向上述特定局部控制裝置輸出時(shí)，將上述最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為與上述特定局部裝置對應(yīng)的物理量的局部控制目標(biāo)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的最優(yōu)控制方法，其特征在于，上述最優(yōu)控制系統(tǒng)，還包括第二特定局部控制裝置，該第二特定局部控制裝置為在上述特定局部控制裝置中沒有保持上述控制條件信息的上述局部控制裝置，上述總控制裝置，保持有特定控制條件信息，該特定控制條件信息為與上述第二特定局部控制裝置連接的上述局部裝置的控制有關(guān)的上述控制條件信息，在生成上述綜合制約條件及上述綜合評價(jià)函數(shù)時(shí)，不是從上述第二特定局部控制裝置取得與上述第二特定局部控制裝置相關(guān)的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)，而是從自身所保持的上述特定控制條件信息中取得與上述第二特定局部控制裝置相關(guān)的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)。
6.一種最優(yōu)控制系統(tǒng)，包括總控制裝置、控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口、局部控制裝置和局部裝置，上述局部控制裝置與上述局部裝置連接并對所連接的局部裝置進(jìn)行控制，上述總控制裝置介由按每個(gè)上述局部控制裝置設(shè)置的上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，與多個(gè)上述局部控制裝置連接，并對所連接的多個(gè)上述局部控制裝置進(jìn)行綜合控制，上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，保持有控制條件信息，該控制條件信息包括對于上述局部裝置的控制由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的制約條件和評價(jià)函數(shù)、以及表示上述局部裝置的控制的特征的屬性信息，上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，將從上述局部控制裝置輸出的上述局部物理狀態(tài)量變換為由上述規(guī)定的物理標(biāo)準(zhǔn)量表示的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，上述總控制裝置，基于上述各個(gè)控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口所保持的上述控制條件信息以及上述變換后的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，針對每個(gè)上述局部控制裝置算出最優(yōu)控制目標(biāo)值，上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口，將通過上述總控制裝置算出的針對每個(gè)上述局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值，變換為與上述局部裝置對應(yīng)的物理量的局部控制目標(biāo)值，并且，將上述變換后的局部控制目標(biāo)值向上述局部控制裝置輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6述的最優(yōu)控制系統(tǒng)，其特征在于，上述總控制裝置，在算出針對每個(gè)上述局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值時(shí)，將每個(gè)上述控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口保持的上述控制條件信息中所包括的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)分別進(jìn)行綜合，生成由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的綜合制約條件及綜合評價(jià)函數(shù)，采用上述生成的綜合制約條件、綜合評價(jià)函數(shù)以及從每個(gè)上述局部控制裝置輸出的上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，算出針對每個(gè)上述局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值。
8.一種最優(yōu)控制系統(tǒng)，包括總控制裝置、局部控制裝置和局部裝置，上述局部控制裝置與上述局部裝置連接并對所連接的局部裝置進(jìn)行控制，上述總控制裝置與多個(gè)上述局部控制裝置連接，并對所連接的多個(gè)上述局部控制裝置進(jìn)行綜合控制，上述局部控制裝置，保持有控制條件信息，該控制條件信息包括對于上述局部裝置的控制由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的制約條件和評價(jià)函數(shù)、以及表示上述局部裝置的控制的特征的屬性信息，上述局部控制裝置，將從上述局部控制裝置輸出的上述局部物理狀態(tài)量變換為由上述規(guī)定的物理標(biāo)準(zhǔn)量表示的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，上述總控制裝置，基于每個(gè)上述局部裝置保持的上述控制條件信息中所包括的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)分別進(jìn)行綜合，生成由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的綜合制約條件及綜合評價(jià)函數(shù)，并且，采用上述生成的綜合制約條件、綜合評價(jià)函數(shù)以及從每個(gè)上述局部控制裝置輸出的上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，針對每個(gè)上述局部控制裝置算出最優(yōu)控制目標(biāo)值，上述局部控制裝置，將通過上述總控制裝置算出的針對每個(gè)上述局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值，變換為與上述局部裝置對應(yīng)的物理量的局部控制目標(biāo)值，將上述變換后的局部控制目標(biāo)值向上述局部裝置輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的最優(yōu)控制方法，其特征在于，上述最優(yōu)控制系統(tǒng)，還包括特定局部控制裝置，該特定局部控制裝置為不進(jìn)行將上述局部裝置輸出的上述局部物理狀態(tài)量變換為上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量的處理、和將上述總控制裝置算出的最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為上述局部物理狀態(tài)量的處理的上述局部控制裝置，上述總控制裝置，在輸入上述特定局部控制裝置所輸出的上述局部物理狀態(tài)量時(shí)，將上述輸入的局部物理狀態(tài)量變換為上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，在將上述算出的最優(yōu)控制目標(biāo)值向上述特定局部控制裝置輸出時(shí)，將上述最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為與上述特定局部裝置對應(yīng)的物理量的局部控制目標(biāo)值。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的最優(yōu)控制系統(tǒng)，其特征在于，上述最優(yōu)控制系統(tǒng)，還包括第二特定局部控制裝置而構(gòu)成，該第二特定局部控制裝置為在上述特定局部控制裝置中沒有保持上述控制條件信息的上述局部控制裝置，上述總控制裝置，保持有特定控制條件信息，該特定控制條件信息為與上述第二特定局部控制裝置連接的上述局部裝置的控制有關(guān)的上述控制條件信息，在生成上述綜合制約條件以及上述綜合評價(jià)函數(shù)時(shí)，不是從上述第二特定局部控制裝置取得與上述第二特定局部控制裝置相關(guān)的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)，而是從自身所保持的上述特定控制條件信息中取得與上述第二特定局部控制裝置相關(guān)的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)。
11.一種總控制裝置，使用于最優(yōu)控制系統(tǒng)，該最優(yōu)控制系統(tǒng)包括上述總控制裝置、局部控制裝置和局部裝置，上述局部控制裝置與上述局部裝置連接并對所連接的局部裝置進(jìn)行控制，上述總控制裝置與多個(gè)上述局部控制裝置連接，并對所連接的多個(gè)上述局部控制裝置進(jìn)行綜合控制，上述總控制裝置，從每個(gè)上述局部控制裝置取得每個(gè)上述局部控制裝置保持的控制條件信息，其中上述控制條件信息包括對于上述局部裝置的控制由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的制約條件和評價(jià)函數(shù)、以及表示上述局部裝置的控制的特征的屬性信息，并且對上述所取得的各個(gè)控制條件信息中所包括的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)進(jìn)行綜合，生成由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的綜合制約條件及綜合評價(jià)函數(shù)，采用上述生成的綜合制約條件、綜合評價(jià)函數(shù)以及從每個(gè)上述局部控制裝置輸出的上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，計(jì)算出針對每個(gè)上述局部控制裝置的最優(yōu)控制目標(biāo)值，并將上述算出的最優(yōu)控制目標(biāo)值向上述局部控制裝置分別輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的總控制裝置，其特征在于，當(dāng)上述最優(yōu)控制系統(tǒng)還包括特定局部控制裝置，其中該特定局部控制裝置為不進(jìn)行將上述局部裝置輸出的上述局部物理狀態(tài)量變換為上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量的處理、和將上述總控制裝置算出的最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為上述局部物理狀態(tài)量的處理的上述局部控制裝置的情況下，上述總控制裝置，在輸入上述特定局部控制裝置所輸出的上述局部物理狀態(tài)量時(shí)，將上述輸入的局部物理狀態(tài)量變換為上述標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，在將上述算出的最優(yōu)控制目標(biāo)值向上述特定局部控制裝置輸出時(shí)，將上述最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為與上述特定局部裝置對應(yīng)的物理量的局部控制目標(biāo)值。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的總控制裝置，其特征在于，當(dāng)上述最優(yōu)控制系統(tǒng)還包括第二特定局部控制裝置，其中該第二特定局部控制裝置為在上述特定局部控制裝置中沒有保持上述控制條件信息的上述局部控制裝置的情況下，上述總控制裝置，保持有特定控制條件信息，該特定控制條件信息為與上述第二特定局部控制裝置連接的上述局部裝置的控制有關(guān)的上述控制條件信息，在生成上述綜合制約條件及上述綜合評價(jià)函數(shù)時(shí)，不是從上述第二特定局部控制裝置取得與上述第二特定局部控制裝置相關(guān)的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)，而是從自身所保持的上述特定控制條件信息取得與上述第二特定局部控制裝置相關(guān)的上述制約條件及上述評價(jià)函數(shù)。
14.一種局部控制裝置，使用于最優(yōu)控制系統(tǒng)，上述最優(yōu)控制系統(tǒng)包括總控制裝置、上述局部控制裝置和局部裝置，上述局部控制裝置與上述局部裝置連接并對所連接的局部裝置進(jìn)行控制，上述總控制裝置與多個(gè)上述局部控制裝置連接，并對所連接的多個(gè)上述局部控制裝置進(jìn)行綜合控制，上述局部控制裝置保持有控制條件信息，該控制條件信息包括對于上述局部裝置的控制由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的制約條件和評價(jià)函數(shù)、以及表示上述局部裝置的控制的特征的屬性信息。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的局部控制裝置，其特征在于，將從上述局部裝置取得的局部物理狀態(tài)量變換為由上述標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，并且將從上述總控制裝置發(fā)送的最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為與上述局部裝置對應(yīng)的物理量的局部控制目標(biāo)值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種最優(yōu)控制系統(tǒng)(10)，包括對局部裝置(4)進(jìn)行控制的局部控制部(31)、對多個(gè)局部控制部(31)進(jìn)行綜合控制的總控制裝置(2)、位于局部控制部(31)和總控制裝置(2)之間并對在它們之間收發(fā)的控制信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口(1)。并且，控制信息標(biāo)準(zhǔn)化接口(1)具備控制條件信息存儲部(12)和物理量變換部(11)，其中該控制條件信息存儲部(12)存儲對于局部裝置(4)的控制由規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)物理量表示的制約條件和評價(jià)函數(shù)、以及屬性信息，該物理量變換部(11)將從局部裝置(4)取得的局部物理狀態(tài)量變換為標(biāo)準(zhǔn)物理狀態(tài)量，并且將通過總控制裝置(2)算出的最優(yōu)控制目標(biāo)值變換為局部控制目標(biāo)值。從而可進(jìn)行多個(gè)控制參數(shù)的最優(yōu)化并且減少該控制系統(tǒng)的建立所需要的時(shí)間和步驟。
文檔編號G06F19/00GK101059687SQ200710096659
公開日2007年10月24日 申請日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月20日
發(fā)明者有田裕, 中塚康弘 申請人:株式會(huì)社日立制作所