具有组合的极值搜索控制和前馈控制的控制系统技术方案

一种控制系统被配置用于操作设施以实现所述设施的性能变量的最优值。所述系统包括：前馈控制器，被配置用于接收对所述设施的可测量干扰并且使用所述可测量干扰生成对所述设施的控制输入的前馈贡献。所述系统还包括：极值搜索控制器，被配置用于从所述设施接收所述性能变量并且生成对所述控制输入的极值搜索贡献以将所述性能变量驱动到所述最优值。所述系统进一步包括：控制输入元件，被配置用于通过组合所述极值搜索贡献和所述前馈贡献来生成控制输入，并且将所述控制输入提供给所述设施。

【技术实现步骤摘要】
具有组合的极值搜索控制和前馈控制的控制系统
技术介绍
本披露一般涉及组合极值搜索控制(ESC)与前馈控制的控制系统。ESC是可以动态地搜寻系统的未知和/或时变输入以优化某个性能指数的一类自优化控制策略。ESC可以被认为是对通过使用抖动信号进行梯度搜寻的动态实现。系统输出y相对于系统输入u的梯度可以通过稍微扰动系统操作并施加解调措施来获得。系统性能的优化可以通过在闭环系统中使用负反馈环路将梯度朝向零驱动来获得。ESC是非基于模型的控制策略，意味着ESC不需要受控系统的模型来优化所述系统。ESC的应用可能受限于收敛到最优系统输出y的速度，这对于具有静态最优值的系统来说不一定成问题。然而，对于如暖通空调(HVAC)系统等系统，最优系统输出y通常会随着驱动条件(例如，环境温度、系统上的负荷)的改变而改变。如果收敛到最优系统输出y的速度比正在优化的过程的动态响应慢，那么跟踪最优值可能是成问题的。希望具有一种比驱动条件变化影响最优值的速率更快地收敛到最优系统性能的控制系统和方法。
技术实现思路
本披露的一种实施方式是一种控制系统，所述控制系统被配置用于操作设施以实现所述设施的性能变量的最优值。所述控制系统包括前馈控制器、极值搜索控制器、以及控制输入元件。所述前馈控制器被配置用于接收对所述设施的可测量干扰并且使用所述可测量干扰来生成对所述设施的控制输入的前馈贡献。所述极值搜索控制器被配置用于从所述设施接收所述性能变量并且生成对所述控制输入的极值搜索贡献以将所述性能变量驱动到所述最优值。所述控制输入元件被配置用于通过组合所述极值搜索贡献和所述前馈贡献来生成控制输入，并且将所述控制输入提供给所述设施。在一些实施例中，所述前馈控制器被配置用于基于将所述可测量干扰映射到所述控制输入的查找表来生成所述前馈贡献。在一些实施例中，所述前馈控制器被配置用于基于将所述可测量干扰映射到所述控制输入的前馈模型来生成所述前馈贡献。在一些实施例中，所述前馈模型是基于在测试和/或实际应用期间收集的数据而建立的。在一些实施例中，所述前馈控制器进一步被配置用于：接收与在先前的可测量干扰下所述性能变量的先前最优值对应的先前最优控制输入；并且使用所述先前最优控制输入来校正前馈贡献。在一些实施例中，极值搜索控制器进一步被配置用于：用周期性信号来扰动所述控制输入；根据被扰动的控制输入来监测所述性能变量；估计所述性能变量相对于所述控制输入的梯度；并且调制极值搜索贡献以将所估计的梯度驱动至零。在一些实施例中，极值搜索控制器进一步被配置用于：用随机激励信号来扰动所述控制输入；根据被扰动的控制输入来监测所述性能变量；估计所述性能变量相对于所述控制输入的梯度；并且调制所述极值搜索贡献以将所估计的梯度驱动至零。在一些实施例中，所述随机激励信号是非周期性信号，所述非周期性信号包括随机游走信号、非确定性信号和非重复信号中的至少一个。本披露的另一种实施方式是一种控制系统，所述控制系统被配置用于操作冷却水设施的设备以实现所述冷却水设施的总功耗的最优值。所述设备包括冷却器压缩机、冷凝器水泵、以及冷却塔风扇中的至少一个。所述控制系统包括前馈控制器、极值搜索控制器、以及控制输入元件。所述前馈控制器被配置用于接收环境温度并且使用所述环境温度来生成对所述冷却水设施中的冷凝器水温的温度设定值的前馈贡献。所述极值搜索控制器被配置用于从所述设施接收所述总功耗并且生成对所述温度设定值的极值搜索贡献以将所述总功耗驱动至所述最优值。所述控制输入元件被配置用于通过组合所述极值搜索贡献和所述前馈贡献来生成所述温度设定值并且将所述温度设定值提供给所述冷却水设施。在一些实施例中，所述前馈控制器被配置用于基于将所述环境温度映射到所述温度设定值的查找表来生成所述前馈贡献。在一些实施例中，所述前馈控制器被配置用于基于将所述环境温度映射到所述温度设定值的前馈模型来生成所述前馈贡献。在一些实施例中，所述前馈模型是基于在测试和/或实际应用期间收集的数据而建立的。在一些实施例中，所述前馈控制器进一步被配置用于：接收与在先前的环境温度下所述总功耗的先前最优值对应的先前最优温度设定值；并且使用所述先前最优温度设定值来校正前馈贡献。在一些实施例中，极值搜索控制器进一步被配置用于：用随机信号来扰动所述温度设定值；根据被扰动的温度设定值来监测所述总功耗；估计所述总功耗相对于所述温度设定值的梯度；并且调制所述极值搜索贡献以将所估计的梯度驱动至零。本披露的另一种实施方式是一种控制系统，所述控制系统被配置用于操作冷却水设施的设备以实现所述冷却水设施的总功耗的最优值。所述设备包括冷却器压缩机、冷凝器水泵、以及冷却塔风扇中的至少一个。所述控制系统包括前馈控制器、极值搜索控制器、以及控制输入元件。所述前馈控制器被配置用于接收所述冷却水设施上的负荷并且使用所述负荷来生成对所述冷却塔风扇的风扇速度的前馈贡献。所述极值搜索控制器被配置用于从所述设施接收所述总功耗并且生成对所述风扇速度的极值搜索贡献以将所述总功耗驱动至所述最优值。所述控制输入元件被配置用于通过组合所述极值搜索贡献和所述前馈贡献来生成所述风扇速度并且将所述风扇速度提供给所述冷却水设施。在一些实施例中，所述前馈控制器被配置用于基于将所述负荷映射到所述风扇速度的查找表来生成所述前馈贡献。在一些实施例中，所述前馈控制器被配置用于基于将所述负荷映射到所述风扇速度的前馈模型来生成所述前馈贡献。在一些实施例中，所述前馈模型是基于在测试和/或实际应用期间收集的数据而建立的。在一些实施例中，所述前馈控制器进一步被配置用于：接收与在先前的负荷下所述总功耗的先前最优值对应的先前最优风扇速度；并且使用所述先前最优风扇速度来校正前馈贡献。在一些实施例中，极值搜索控制器进一步被配置用于：用随机信号扰动所述风扇速度；根据被扰动的风扇速度来监测所述总功耗；估计所述总功耗相对于所述风扇速度的梯度；并且调制所述极值搜索贡献以将所估计的梯度驱动至零。本领域的技术人员将理解，所述概述仅是说明性的并且不旨在以任何方式进行限制。本文中所描述的如仅由权利要求书限定的装置和/或过程的其他方面、创造性特征、以及优点将在本文中陈述并结合附图进行的具体实施方式中变得清楚。附图说明图1是根据一些实施例的具有暖通空调(HVAC)系统的建筑物的图示，在所述系统中可实施组合极值搜索控制(ESC)与前馈控制的控制系统。图2是根据一些实施例的可以用于图1的HVAC系统中的水侧系统的示意图。图3是根据一些实施例的可以用于图1的HVAC系统中的空气侧系统的示意图。图4是根据一些实施例的组合ESC与前馈控制的控制系统的框图。图5是根据一些实施例的组合ESC与前馈控制的另一控制系统的框图。图6是根据一些实施例的前馈控制器的框图。图7是根据一些实施例的极值搜索控制器的框图。图8是根据一些实施例的另一极值搜索控制器的框图。图9A是流程图，展示了根据一些实施例的组合ESC与前馈控制的控制方法。图9B是流程图，展示了根据一些实施例的组合ESC与前馈控制的另一控制方法。图10A是根据一些实施例的冷却水设施的框图，在所述冷却水设施中可实施本披露的系统和方法以控制所述设施中冷凝器水温的设定值。图10B是流程图，展示了根据一些实施例的在图10A的冷却水设施中使用的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制系统，被配置用于操作设施以实现所述设施的性能变量的最优值，所述控制系统包括：前馈控制器，被配置用于接收对所述设施的可测量干扰并且使用所述可测量干扰生成对所述设施的控制输入的前馈贡献；极值搜索控制器，被配置用于从所述设施接收所述性能变量并且生成对所述控制输入的极值搜索贡献以将所述性能变量驱动到所述最优值；以及控制输入元件，被配置用于通过组合所述极值搜索贡献和所述前馈贡献来生成所述控制输入，并且将所述控制输入提供给所述设施。

【技术特征摘要】
2017.03.16 US 15/461,2221.一种控制系统，被配置用于操作设施以实现所述设施的性能变量的最优值，所述控制系统包括：前馈控制器，被配置用于接收对所述设施的可测量干扰并且使用所述可测量干扰生成对所述设施的控制输入的前馈贡献；极值搜索控制器，被配置用于从所述设施接收所述性能变量并且生成对所述控制输入的极值搜索贡献以将所述性能变量驱动到所述最优值；以及控制输入元件，被配置用于通过组合所述极值搜索贡献和所述前馈贡献来生成所述控制输入，并且将所述控制输入提供给所述设施。2.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述前馈控制器被配置用于基于将所述可测量干扰映射到所述控制输入的查找表来生成所述前馈贡献。3.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述前馈控制器被配置用于基于将所述可测量干扰映射到所述控制输入的前馈模型来生成所述前馈贡献。4.如权利要求3所述的控制系统，其中，所述前馈模型是基于在测试和/或实际应用期间收集的数据而建立的。5.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述前馈控制器进一步被配置用于：接收与在先前的可测量干扰下所述性能变量的先前最优值相对应的先前最优控制输入；并且使用所述先前最优控制输入来校正所述前馈贡献。6.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述极值搜索控制器进一步被配置用于：使用周期性信号来扰动所述控制输入；根据被扰动的控制输入来监测所述性能变量；估计所述性能变量相对于所述控制输入的梯度；并且调制所述极值搜索贡献以将所估计的梯度驱动至零。7.如权利要求1所述的控制系统，其中，所述极值搜索控制器进一步被配置用于：使用随机激励信号来扰动所述控制输入；根据被扰动的控制输入来监测所述性能变量；估计所述性能变量相对于所述控制输入的梯度；并且调制所述极值搜索贡献以将所估计的梯度驱动至零。8.如权利要求7所述的控制系统，其中，所述随机激励信号是非周期性信号，所述非周期性信号包括随机游走信号、非确定性信号和非重复信号中的至少一个。9.一种控制系统，被配置用于操作冷却水设施的设备以实现所述冷却水设施的总功耗的最优值，所述设备包括冷却器压缩机、冷凝器水泵和冷却塔风扇中的至少一个；所述控制系统包括：前馈控制器，被配置用于接收环境温度并且使用所述环境温度生成对所述冷却水设施中的冷凝器水温的温度设定值的前馈贡献；极值搜索控制器，被配置用于从所述设施接收所述总功耗并且生成对所述温度设定值的极值搜索贡献以将所述总功耗驱动至所述最优值；以及控制输入元件，被配置用于通过组合所述极值搜索贡献和所述前馈贡献来生成所述温度设定值并且将所述温度设定值提供给所述冷却水设施。10.如权利要求9所述的控制系统，其中，所述前馈控制器被...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·M·豪斯，蒂莫西·I·索尔兹伯里，
申请(专利权)人：江森自控科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US