相关专利申请的交叉引用
本申请要求8月21日提交的美国专利申请号16/107,628的权益和优先权，所述美国专利申请的全部披露内容通过引用并入本文。
背景技术：
本披露总体上涉及极值搜索控制(esc)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使梯度趋向于零来获得。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通常被应用于具有可在一系列操作中被连续调整的变量的系统。在这样的应用中，esc通过用抖动信号扰动变量来工作。然后根据来自系统的连续反馈在变量的范围内连续地操纵变量，以便实现期望的函数最大值或函数最小值。例如，在可能期望最小化成本函数的同时，可能期望最大化效率函数。
在双位置(two-position)系统的情况下，仍然可能期望使变量趋向极值以最大化或最小化函数。与通常与esc一起使用的系统相反，在双位置系统中，在连续操作范围内没有可被调整的变量。在将esc应用于双位置系统时，可以操纵在系统的两种可能状态(开/关、打开关闭等)下花费的时间，以便使变量趋向极值，所述极值是最大值或最小值。确定双位置系统的最佳操作条件的困难在于：所述最佳操作条件可能存在于极端条件之一处、或者也可能存在于极端条件之间的某处。因此，为了将esc应用于双位置系统，必须找到与用于具有可在一定操作范围内被连续调整的变量的系统不同的、用于双位置系统的最佳操作条件。
技术实现要素：
本披露内容的一个实施方式是一种用于开/关系统的极值搜索控制器。所述系统包括开/关系统，所述开/关系统通过在开启状态与关闭状态之间切换可操作以影响建筑物的可变状态或条件。所述系统还包括控制器，所述控制器被配置用于通过向所述开/关系统提供具有占空比的脉宽调制(pwm)控制信号，其中所述pwm控制信号使所述开/关系统运行以影响所述建筑物的所述可变状态或条件。所述控制器被配置用于：接收性能变量作为来自所述开/关系统的反馈；提取所述性能变量相对于所述占空比的梯度；使用极值搜索控制技术调制所述占空比，以确定使所述梯度趋向于零的所述占空比的最佳值；以及生成所述pwm控制信号，使得所述pwm控制信号的每个周期具有与所述占空比成比例的脉冲宽度。
在一些实施例中，所述控制器包括一个或多个滤波器，所述一个或多个滤波器被配置用于在所述控制器提取所述性能变量相对于所述占空比的所述梯度之前处理来自所述开/关系统的所述性能变量反馈。在某些实施例中，所述pwm控制信号的周期由用户定义。此外，在一些实施例中，所述生成的pwm控制信号是脉冲串，其中，所述脉冲串中的每个脉冲具有恒定的幅度。
在一些实施例中，所述脉冲串的脉冲宽度由输入信号确定，使得所述占空比的值将等于脉冲占据的循环周期的百分比。在某些实施例中，所述控制器被配置用于：标识由于调制所述占空比以使所述梯度趋向于零而导致的所述占空比的变化；以及更新所述脉冲宽度，使得在所述占空比的所述变化之后，所述脉冲宽度与所述占空比维持成比例。
在一些实施例中，所述控制器被配置用于：确定使所述性能梯度趋向于零的所述占空比的稳态值；以及用抖动信号扰动所述占空比的所述稳态值，以确定所述pwm控制信号的所述占空比。在某些实施例中，所述控制器被配置用于通过使所述梯度趋向于零来使所述性能变量趋向于极值，所述极值包括所述性能变量的最大值或最小值。
在一些实施例中，在计算所述占空比之前，所述一个或多个滤波器接收并处理来自所述开/关系统的所述性能变量。在某些实施例中，在等于接收所述性能变量作为反馈的时间的周期内，所述pwm控制信号被连续调整并被输出到所述开/关系统。
本披露内容的另一实施方式是一种用于系统控制的方法。所述方法包括通过在开启状态与关闭状态之间切换来影响建筑物的可变状态或条件。所述方法还包括操作控制器以向所述开/关系统提供具有占空比的脉宽调制(pwm)控制信号，所述pwm控制信号使所述开/关系统运行以影响所述建筑物的所述可变状态或条件。操作所述控制器还包括：接收性能变量作为来自所述开/关系统的反馈；提取所述性能变量相对于所述占空比的梯度；使用极值搜索控制技术调制所述占空比，以确定使所述梯度趋向于零的所述占空比的最佳值；以及生成所述pwm控制信号，使得所述pwm控制信号的每个周期具有与所述占空比成比例的脉冲宽度。
在一些实施例中，在对所述性能变量相对于所述占空比的所述梯度的所述提取之前，从所述开/关系统接收的所述性能变量由一个或多个滤波器处理。在某些实施例中，所述pwm控制信号的所述生成由输入信号确定，使得所述占空比的值将等于脉冲占据的循环周期的百分比。此外，在一些实施例中，所述pwm控制信号的所述循环周期是用户定义的。
在一些实施例中，确定所述生成的pwm控制信号的脉冲宽度，使得所述占空比的值将等于作为所述循环周期的百分比的所述脉冲宽度。在某些实施例中，操作所述控制器包括：标识由于调制所述占空比以使所述梯度趋向于零而导致的所述占空比的变化；以及更新所述脉冲宽度，使得在所述占空比的所述变化之后，所述脉冲宽度与所述占空比维持成比例。
在一些实施例中，所述生成的pwm控制信号具有恒定的幅度。在某些实施例中，提取所述性能变量相对于所述占空比的所述梯度包括使用抖动信号的扰动。
在一些实施例中，确定所述占空比的所述最佳值对应于被配置用于使所述性能变量趋向于期望极值的pwm控制信号。在某些实施例中，生成所述pwm控制信号是连续的，在等于接收所述性能变量作为反馈的时间的周期内，所述pwm控制信号被调整并被输出到所述开/关系统。
本领域的技术人员将认识到，所述发明内容仅是说明性的而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限定的装置和/或过程的其他方面、发明性特征以及优点将在本文中陈述并结合附图进行的详细说明中变得清楚。
附图说明
图1是根据一些实施例的配备有hvac系统的建筑物的图示。
图2是根据一些实施例的可用于结合图1的建筑物的水侧系统的示意图。
图3是根据一些实施例的可用于结合图1的建筑物的空气侧系统的示意图。
图4是根据一些实施例的可用于监测并控制图1的建筑物的建筑物管理系统(bms)的框图。
图5是根据一些实施例的可用于监测并控制图1的建筑物的另一bms的框图。
图6是根据一些实施例的使用周期性抖动信号来扰动提供至设施的控制输入的极值搜索控制(esc)系统的框图。
图7是根据一些实施例的使用周期性抖动信号来扰动提供至设施的控制输入的另一个esc系统的框图。
图8是根据一些实施例的使用脉宽调制信号来控制开/关系统的另一esc系统的框图。
图9是示出了根据一些实施例的用于使用esc来控制开/关系统的过程的流程图。
图10a是示出了根据一些实施例的随时间推移绘制的经滤波输入信号的曲线图。
图10b是示出了根据一些实施例的随时间推移绘制的占空比的曲线图。
图10c是示出了根据一些实施例的随时间推移绘制的脉宽调制(pwm)输出的曲线图。
具体实施方式
概述
本披露内容涉及一种应用于开/关系统而无需修改esc算法的esc系统。这大大扩展了esc的实用性，特别是在具有双位置(开/关)系统的建筑物中的使用。常见的开/关系统包括双位置阀、单速压缩机、风扇和泵。开/关系统本质上只有两种设置——开和关。由此，在能量和功耗方面优化效率存在很大困难。然而，通过调整系统处于开启位置和关闭位置的持续时间，有机会提高效率。在大多数情况下，提高系统效率的最终目标是降低成本。将esc并入开/关系统允许优化系统效率，并最终降低运营成本。
esc是调整受操纵变量的水平以便最小化或最大化成本函数的实时优化方法。假设此受操纵变量在一定范围内是可调整的，并且esc的实施通过应用诸如正弦波的已知信号来扰动此变量。对于本发明的应用——双位置系统，受操纵变量的最佳值可以存在于极值条件之一(最小值或最大值)或其间的某个位置处。
总体上参照附图，根据各示例性实施例，示出了用于开/关系统的极值搜索控制(esc)系统。
开/关或任何其他双位置系统的性质在于：系统可能只有两种可能的操作状态。由此，不可能以与将esc应用于可能具有在一定范围内可调整变量的系统的相同方式将esc应用于开/关系统。在变量可以在一定范围内调整的系统中，esc的实施可以允许在所述范围内的连续调整，以便使系统的性能趋向于特定函数的极值。然而，开/关系统可能缺少变量的可调整范围，并且因此可能不能以与具有可调整范围的变量的系统相同的方式与esc控制一起作用。开/关系统的这个关键区别可能要求用于esc应用的替代方法。
根据一些实施例，可以在开/关系统或其他双位置系统上进行的唯一调整是从可能的操作状态之一切换到另一种。将esc应用于开/关系统的目的可以是找到系统操作的最佳值，其中，最佳值可能存在于极值条件之一(开启或关闭)或其间的某个位置。在本发明中将esc应用于开/关系统可以确定系统的最佳值以使变量趋向于期望的极值。相比于esc可以通过在一定范围内连续调整变量而找到最佳值的典型esc应用，用于开/关系统的esc可以根据用户定义的、系统在开和关位置中的一个或两个中花费的循环周期的百分比来确定系统的最佳运行条件。类似于esc应用于其中变量可具有可调整范围的系统，对开/关系统的应用esc可以基于变量的反馈连续地调整花费在开/关位置上的时间。
建筑物hvac系统以及建筑物管理系统
现在参照图1至图5，根据一些实施例，示出了可以在其中实施本披露的系统和方法的若干建筑物管理系统(bms)和hvac系统。概括地讲，图1示出了配备有hvac系统100的建筑物10。图2是可用于服务建筑物10的水侧系统200的框图。图3是可用于服务建筑物10的空气侧系统300的框图。图4是可用于监测并控制建筑物10的bms的框图。图5是可用于监测并控制建筑物10的另一bms的框图。建筑物和hvac系统
具体参照图1，示出了建筑物10的透视图。建筑物10由bms服务。bms通常是被配置用于对建筑物或建筑物区之中或周围的设备进行控制、监测和管理的装置的系统。bms可以包括例如hvac系统、安全系统、照明系统、火灾报警系统、能够管理建筑物功能或装置的任何其他系统、或其任何组合。
服务建筑物10的bms包括hvac系统100。hvac系统100可以包括被配置用于向建筑物10提供加热、冷却、通风或其他服务的多个hvac装置(例如，加热器、冷却器、空气处理单元、泵、风扇、热能储存设备等)。例如，hvac系统100被示出为包括水侧系统120和空气侧系统130。水侧系统120可以向空气侧系统130的空气处理单元提供加热流体或冷却流体。空气侧系统130可以使用加热流体或冷却流体来加热或冷却提供至建筑物10的气流。参照图2和图3对可以在hvac系统100中使用的示例性水侧系统和空气侧系统进行更加详细的描述。
hvac系统100被示出为包括冷却器102、锅炉104、以及屋顶空气处理单元(ahu)106。水侧系统120可以使用锅炉104和冷却器102来加热或冷却工作流体(例如，水、乙二醇等)并且可以使工作流体循环至ahu106。在各实施例中，水侧系统120的hvac装置可以定位在建筑物10之中或周围(如图1所示)或在如中央设施(例如，冷却器设施、蒸气设施、热力设施等)等非现场位置处。可以在锅炉104中加热或在冷却器102中冷却工作流体，这取决于建筑物10中需要加热还是冷却。锅炉104可以例如通过燃烧易燃材料(例如，天然气)或使用电加热元件来向循环流体添加热量。冷却器102可以使循环流体与热交换器(例如，蒸发器)中的另一种流体(例如，制冷剂)成热交换关系以从循环流体中吸收热量。可以经由管路108将来自冷却器102和/或锅炉104的工作流体输送至ahu106。
ahu106可以使工作流体与穿过ahu106(例如，经由一级或多级冷却盘管和/或加热盘管)的气流成热交换关系。气流可以是例如室外空气、来自建筑物10内的回流空气、或两者的组合。ahu106可以在气流与工作流体之间传递热量，从而为气流提供加热或冷却。例如，ahu106可以包括被配置用于使气流越过或穿过包含工作流体的热交换器的一个或多个风扇或鼓风机。工作流体然后可以经由管路110返回至冷却器102或锅炉104。
空气侧系统130可以经由空气供应管道112将由ahu106供应的气流(即，供应气流)递送至建筑物10，并且可以经由空气回流管道114向ahu106提供来自建筑物10的回流空气。在一些实施例中，空气侧系统130包括多个可变空气量(vav)单元116。例如，空气侧系统130被示出为包括建筑物10的每一个楼层或区域上的独立vav单元116。vav单元116可以包括气闸或可以被操作成控制提供至建筑物10的单独区域的供应气流的量的其他流量控制元件。在其他实施例中，空气侧系统130将供应气流递送到建筑物10的一个或多个区域中(例如，经由供应管道112)，而不使用中间vav单元116或其他流量控制元件。ahu106可以包括被配置用于测量供应气流的属性的各种传感器(例如，温度传感器、压力传感器等)。ahu106可以从定位在ahu106内和/或建筑物区域内的传感器接收输入，并且可以调整穿过ahu106的供应气流的流率、温度或其他属性以实现建筑物区域的设定值条件。
水侧系统
现在参照图2，示出了根据一些实施例的水侧系统200的框图。在各实施例中，水侧系统200可以补充或替代hvac系统100中的水侧系统120或者可以与hvac系统100分开来实施。当在hvac系统100中实施时，水侧系统200可以包括hvac系统100中的hvac装置的子集(例如，锅炉104、冷却器102、泵、阀等)并且可以操作用于向ahu106提供加热流体或冷却流体。水侧系统200的hvac装置可以位于建筑物10内(例如，作为水侧系统120的部件)或位于如中央设施等非现场位置。
在图2中，水侧系统200被示出为具有多个子设施202至212的中央设施。子设施202至212被示出为包括：加热器子设施202、热回收冷却器子设施204、冷却器子设施206、冷却塔子设施208、热热能储存(tes)子设施210、以及冷热能储存(tes)子设施212。子设施202至212消耗来自公共设施的资源(例如，水、天然气、电力等)，以服务建筑物或校园的热能负荷(例如，热水、冷水、加热、冷却等)。例如，加热器子设施202可以被配置用于在热水回路214中加热水，所述热水回路使热水在加热器子设施202与建筑物10之间循环。冷却器子设施206可以被配置用于在冷水回路216中冷却水，所述冷水回路使冷水在冷却器子设施206与建筑物10之间循环。热回收冷却器子设施204可以被配置用于将热量从冷水回路216传递到热水回路214以便提供对热水的附加加热和对冷水的附加冷却。冷凝水回路218可以从冷却器子设施206中的冷水中吸收热量并且排出冷却塔子设施208中的所吸收热量或将所吸收热量传递至热水回路214。热tes子设施210和冷tes子设施212可以分别储存热热能和冷热能以供后续使用。
热水回路214和冷水回路216可以将加热水和/或冷却水递送至定位在建筑物10的屋顶上的空气处理机(例如，ahu106)或递送至建筑物10的单独层或区域(例如，vav单元116)。空气处理机推送空气经过热交换器(例如，加热盘管或冷却盘管)，水流过所述热交换器以提供对空气的加热或冷却。可以将加热空气或冷却空气递送至建筑物10的单独区域以服务于建筑物10的热能负荷。水然后返回到子设施202至212以接收进一步加热或冷却。
尽管子设施202至212被示出和描述为加热和冷却水以便循环至建筑物，但是应当理解的是，替代或除了水之外可以使用任何其他类型的工作流体(例如，乙二醇、co2等)以服务热能负荷。在其他实施例中，子设施202至212可以直接向建筑物或校园提供加热和/或冷却，而不需要中间热传递流体。对水侧系统200的这些和其他变体在本披露内容的教导内。
子设施202至212中的每个子设施可以包括被配置用于促进子设施的功能的各种设备。例如，加热器子设施202被示出为包括被配置用于为热水回路214中的热水添加热量的多个加热元件220(例如，锅炉、电加热器等)。加热器子设施202还被示出为包括若干泵222和224，所述泵被配置用于使热水回路214中的热水循环并控制通过单独加热元件220的热水的流率。冷却器子设施206被示出为包括被配置用于除去来自冷水回路216中的冷水的热量的多个冷却器232。冷却器子设施206还被示出为包括若干泵234和236，所述泵被配置用于使冷水回路216中的冷水循环并控制通过单独冷却器232的冷水的流率。
热回收冷却器子设施204被示出为包括被配置用于将热量从冷水回路216传递至热水回路214的多个热回收热交换器226(例如，制冷电路)。热回收冷却器子设施204还被示出为包括若干泵228和230，所述泵被配置用于使通过热回收热交换器226的热水和/或冷水循环并控制通过单独热回收热交换器226的水的流率。冷却塔子设施208被示出为包括被配置用于除去来自冷凝水回路218中的冷凝水的热量的多个冷却塔238。冷却塔子设施208还被示出为包括若干泵240，所述泵被配置用于使冷凝水回路218中的冷凝水循环并控制通过单独冷却塔238的冷凝水的流率。
热tes子设施210被示出为包括被配置用于储存热水以供稍后使用的热tes罐242。热tes子设施210还可以包括被配置用于控制热水流入或流出热tes罐242的流率的一个或多个泵或阀。冷tes子设施212被示出为包括被配置用于储存冷水以供稍后使用的冷tes罐244。冷tes子设施212还可以包括被配置用于控制冷水流入或流出冷tes罐244的流率的一个或多个泵或阀。
在一些实施例中，水侧系统200中的泵(例如，泵222、224、228、230、234、236和/或240)中的一个或多个泵或水侧系统200中的管线包括与其相关联的隔离阀。隔离阀可以与泵集成或定位在泵的上游或下游，以控制水侧系统200中的流体流动。在各个实施例中，水侧系统200可以基于水侧系统200的特定配置以及水侧系统200所服务的负荷的类型而包括更多、更少或不同类型的装置和/或子设施。
空气侧系统
现在参照图3，示出了根据一些实施例的空气侧系统300的框图。在各实施例中，空气侧系统300可以补充或替代hvac系统100中的空气侧系统130或者可以与hvac系统100分开来实施。当在hvac系统100中实施时，空气侧系统300可以包括hvac系统100中的hvac装置的子集(例如，ahu106、vav单元116、管道112至114、风扇、气闸等)并且可以定位在建筑物10之中或周围。空气侧系统300可以运行以使用由水侧系统200提供的加热流体或冷却流体来加热或冷却提供给建筑物10的气流。
在图3中，空气侧系统300被示出为包括节能器型空气处理单元(ahu)302。节能器型ahu改变空气处理单元用于加热或冷却的外部空气和回流空气的量。例如，ahu302可以经由回流空气管道308从建筑物区域306接收回流空气304并且可以经由供应空气管道312将供应空气310递送至建筑物区域306。在一些实施例中，ahu302是定位在建筑物10的屋顶上(例如，如图1所示的ahu106)或者以其他方式被定位成接收回流空气304和外部空气314两者的屋顶单元。ahu302可以被配置用于操作排气闸316、混合气闸318、以及外部空气闸320，以控制组合形成供应空气310的外部空气314和回流空气304的量。未通过混合气闸318的任何回流空气304可以作为废气322通过排气闸316从ahu302排出。
气闸316至320中的每一个可以由致动器操作。例如，排气闸316可以由致动器324操作，混合气闸318可以由致动器326操作，并且外部空气闸320可以由致动器328操作。致动器324至328可以经由通信链路332与ahu控制器330通信。致动器324至328可以从ahu控制器330接收控制信号并且可以向ahu控制器330提供反馈信号。反馈信号可以包括例如对当前致动器或气闸位置的指示、由致动器施加的转矩或力的量、诊断信息(例如，由致动器324至328执行的诊断测试的结果)、状态信息、调试信息、配置设置、校准数据、和/或可以由致动器324至328采集、存储或使用的其他类型的信息或数据。ahu控制器330可以是被配置用于使用一个或多个控制算法(例如，基于状态的算法、极值搜索控制(esc)算法、比例-积分(pi)控制算法、比例-积分-微分(pid)控制算法、模型预测控制(mpc)算法、反馈控制算法等)来控制致动器324至328的节能器控制器。
仍参照图3，ahu302被示出为包括定位在供应空气管道312内的冷却盘管334、加热盘管336和风扇338。风扇338可以被配置用于迫使供应空气310通过冷却盘管334和/或加热盘管336并且向建筑物区域306提供供应空气310。ahu控制器330可以经由通信链路340与风扇338通信以控制供应空气310的流率。在一些实施例中，ahu控制器330通过调节风扇338的速度来控制施加到供应空气310的加热量或冷却量。
冷却盘管334可以经由管路342从水侧系统200(例如，从冷水回路216)接收冷却流体并且可以经由管路344将冷却流体返回至水侧系统200。可以沿着管路342或管路344来定位阀346以便控制通过冷却盘管334的冷却流体的流率。在一些实施例中，冷却盘管334包括可以被独立地启用和停用(例如，由ahu控制器330、由bms控制器366等)以调节施加到供应空气310的冷却量的多级冷却盘管。
加热盘管336可以经由管路348从水侧系统200(例如，从热水回路214)接收加热流体并且可以经由管路350将加热流体返回至水侧系统200。可以沿着管路348或管路350来定位阀352以便控制通过加热盘管336的加热流体的流率。在一些实施例中，加热盘管336包括可以被独立地启用和停用(例如，由ahu控制器330、由bms控制器366等)以调节施加到供应空气310的加热量的多级加热盘管。
阀346和352中的每一个可以由致动器控制。例如，阀346可以由致动器354控制，并且阀352可以由致动器356控制。致动器354至356可以经由通信链路358至360与ahu控制器330通信。致动器354至356可以从ahu控制器330接收控制信号并且可以向控制器330提供反馈信号。在一些实施例中，ahu控制器330从定位在供应空气管道312中(例如，冷却盘管334和/或加热盘管336的下游)的温度传感器362接收供应空气温度的测量结果。ahu控制器330还可以从定位在建筑物区域306中的温度传感器364接收建筑物区域306的温度测量值。
在一些实施例中，ahu控制器330经由致动器354至356操作阀346和352以调节提供至供应空气310的加热量或冷却量(例如，从而达到供应空气310的设定值温度或者将供应空气310的温度维持在设定值温度范围内)。阀346和352的位置影响由冷却盘管334或加热盘管336提供至供应空气310的加热量或冷却量，并且可以与被消耗以达到期望供应空气温度的能源量相关。ahu330可以通过启用或停用盘管334至336、调整风扇338的速度或两者的组合来控制供应空气310和/或建筑物区域306的温度。
仍然参照图3，空气侧系统300被示出为包括建筑物管理系统(bms)控制器366和客户端装置368。bms控制器366可以包括一个或多个计算机系统(例如，服务器、监督控制器、子系统控制器等)，所述计算机系统充当空气侧系统300、水侧系统200、hvac系统100、和/或服务于建筑物10的其他可控系统的系统级控制器、应用或数据服务器、头节点或主控制器。bms控制器366可以根据相似或不同协议(例如，lon、bacnet等)经由通信链路370与多个下游建筑物系统或子系统(例如，hvac系统100、安全系统、照明系统、水侧系统200等)通信。在各实施例中，ahu控制器330和bms控制器366可以是分开的(如图3中所示出的)或集成的。在集成式实施方式中，ahu控制器330可以是被配置用于由bms控制器366的处理器执行的软件模块。
在一些实施例中，ahu控制器330从bms控制器366接收信息(例如，命令、设定值、操作边界等)并且向bms控制器366提供信息(例如，温度测量结果、阀或致动器位置、运行状态、诊断等)。例如，ahu控制器330可以向bms控制器366提供来自温度传感器362至364的温度测量值、设备开/关状态、设备运行能力和/或可以由bms控制器366用来监测或控制建筑物区域306内的可变状态或条件的任何其他信息。
客户端装置368可以包括用于对hvac系统100、其子系统和/或装置进行控制、查看或以其他方式与其交互的一个或多个人机接口或客户端接口(例如，图形用户界面、报告接口、基于文本的计算机接口、面向客户端的web服务、向web客户端提供页面的web服务器等)。客户端装置368可以是计算机工作站、客户终端、远程或本地接口或任何其他类型的用户接口装置。客户端装置368可以是固定终端或移动装置。例如，客户端装置368可以是台式计算机、具有用户接口的计算机服务器、膝上型计算机、平板计算机、智能电话、pda、或任何其他类型的移动或非移动装置。客户端装置368可以经由通信链路372与bms控制器366和/或ahu控制器330通信。建筑物管理系统
现在参照图4，示出了根据一些实施例的建筑物管理系统(bms)400的框图。可以在建筑物10中实施bms400以自动地监测和控制各种建筑物功能。bms400被示出为包括bms控制器366和多个建筑物子系统428。建筑物子系统428被示出为包括建筑物电气子系统434、信息通信技术(ict)子系统436、安全子系统438、hvac子系统440、照明子系统442、电梯/自动扶梯子系统432和防火安全子系统430。在各实施例中，建筑物子系统428可以包括更少的、附加的、或替代的子系统。例如，建筑物子系统428还可以包括或可替代地包括制冷子系统、广告或引导标示子系统、烹饪子系统、售货子系统、打印机或拷贝服务子系统、或者使用可控的设备和/或传感器来监测或控制建筑物10的任何其他类型的建筑物子系统。在一些实施例中，如参照图2和图3所描述的，建筑物子系统428包括水侧系统200和/或空气侧系统300。
建筑物子系统428中的每一个可以包括用于完成其单独功能和控制活动的任意数量的装置、控制器和连接。如参照图1至图3描述的，hvac子系统440可以包括许多与hvac系统100相同的部件。例如，hvac子系统440可以包括冷却器、锅炉、任意数量的空气处理单元、节能器、现场控制器、监督控制器、致动器、温度传感器、以及用于控制建筑物10内的温度、湿度、气流或其他可变条件的其他装置。照明子系统442可以包括任意数量的灯具、镇流器、照明传感器、调光器、或被配置用于可控制地调整提供给建筑物空间的光量的其他装置。安全子系统438可以包括占用传感器、视频监控摄像机、数字视频录像机、视频处理服务器、入侵检测装置、访问控制装置和服务器、或其他与安全相关的装置。
仍参照图4，bms控制器366被示出为包括通信接口407和bms接口409。接口407可以促进bms控制器366与外部应用(例如，监测和报告应用422、企业控制应用426、远程系统和应用444、驻留在客户端装置448上的应用等)之间的通信，以允许用户对bms控制器366和/或子系统428进行控制、监测和调整。接口407还可以促进bms控制器366与客户端装置448之间的通信。bms接口409可以促进bms控制器366与建筑物子系统428(例如，hvac、照明安全、电梯、配电、业务等)之间的通信。
接口407、409可以是或包括用于与建筑物子系统428或其他外部系统或装置进行数据通信的有线或无线通信接口(例如，插座、天线、发射器、接收器、收发器、电线端子等)。在各实施例中，经由接口407、409进行的通信可以是直接的(例如，本地有线或无线通信)或经由通信网络446(例如，wan、互联网、蜂窝网等)。例如，接口407、409可以包括用于经由基于以太网的通信链路或网络发送和接收数据的以太网卡和端口。在另一个示例中，接口407、409可以包括用于经由无线通信网络进行通信的wi-fi收发器。在另一个示例中，接口407、409中的一个或两个接口可以包括蜂窝或移动电话通信收发器。在一个实施例中，通信接口407为电力线通信接口，并且bms接口409为以太网接口。在其他实施例中，通信接口407和bms接口409两者都为以太网接口或为同一个以太网接口。
仍参照图4，bms控制器366被示出为包括处理电路404，所述处理电路包括处理器406和存储器408。处理电路404可以可通信地连接至bms接口409和/或通信接口407，从而使得处理电路404及其各个部件可以经由接口407、409发送和接收数据。处理器406可以被实施为通用处理器、专用集成电路(asic)、一个或多个现场可编程门阵列(fpga)、一组处理部件、或其他合适的电子处理部件。
存储器408(例如，存储器、存储器单元、存储装置等)可以包括用于存储数据和/或计算机代码的一个或多个装置(例如，ram、rom、闪存、硬盘存储设备等)，所述数据和/或计算机代码用于完成或促进本申请中所描述的各种过程、层和模块。存储器408可以是或包括易失性存储器或非易失性存储器。存储器408可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件、或用于支持本申请中所描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。根据一些实施例，存储器408经由处理电路404可通信地连接至处理器406并且包括用于(例如，由处理电路404和/或处理器406)执行本文所描述的一个或多个过程的计算机代码。
在一些实施例中，在单一计算机(例如，一个服务器、一个外壳等)内实施bms控制器366。在各个其他实施例中，bms控制器366可以跨多个服务器或计算机(例如，其可以存在于分布式位置中)分布。进一步地，虽然图4示出了如存在于bms控制器366外的应用422和426，但在一些实施例中，应用422和426可以托管在bms控制器366内(例如，在存储器408内)。
仍参照图4，存储器408被示出为包括企业集成层410、自动测量与验证(am&v)层412、需求响应(dr)层414、故障检测与诊断(fdd)层416、集成控制层418、以及建筑物子系统集成层420。层410至420可以被配置用于从建筑物子系统428和其他数据源接收输入、基于所述输入确定建筑物子系统428的最佳控制动作、基于所述最佳控制动作生成控制信号、并且将所生成的控制信号提供给建筑物子系统428。以下段落描述了由bms400中的层410至420中的每一个层执行的通用功能中的一些通用功能。
企业集成层410可以被配置用于把信息和服务给客户端或本地应用以支持各种企业级应用。例如，企业控制应用426可以被配置用于向图形用户接口(gui)或向任意数量的企业级业务应用(例如，会计系统、用户识别系统等)提供跨子系统控制。企业控制应用426还可以或可替代地被配置用于提供用于配置bms控制器366的配置gui。在又其他实施例中，企业控制应用426可以与层410至420一起工作以基于在接口407和/或bms接口409接收到的输入来优化建筑物性能(例如，效率、能量使用、舒适度或安全性)。
建筑物子系统集成层420可以被配置用于管理bms控制器366与建筑物子系统428之间的通信。例如，建筑物子系统集成层420可以从建筑物子系统428接收传感器数据和输入信号并且向建筑物子系统428提供输出数据和控制信号。建筑物子系统集成层420还可以被配置用于管理建筑物子系统428之间的通信。建筑物子系统集成层420跨多个多供应商/多协议系统转译通信(例如，传感器数据、输入信号、输出信号等)。
需求响应层414可以被配置用于响应于满足建筑物10的需求而优化资源使用(例如，电的使用、天然气的使用、水的使用等)和/或这种资源使用的货币成本。优化可以基于：分时电价，缩减信号，能量可用性，或者从公共设施提供商、分布式能量生成系统424、能量储存设备427(例如，热tes242、冷tes244等)或其他来源接收到的其他数据。需求响应层414可以从bms控制器366的其他层(例如，建筑物子系统集成层420、集成控制层418等)接收输入。从其他层接收到的输入可以包括环境或传感器输入(如温度、二氧化碳水平、相对湿度水平、空气品质传感器输出、占用传感器输出、房间安排等)。输入还可以包括如电使用(例如，以kwh表示)、热负荷测量值、定价信息、预计的定价、平滑定价、来自公共设施的缩减信号等的输入。
根据一些实施例，需求响应层414包括用于对其接收到的数据和信号进行响应的控制逻辑。这些响应可以包括与集成控制层418中的控制算法进行通信、更改控制策略、更改设定值或者以受控方式启用/停用建筑物设备或子系统。需求响应层414还可以包括被配置用于确定何时利用所储存的能量的控制逻辑。例如，需求响应层414可以确定刚好在高峰使用时间开始之前开始使用来自能量储存设备427的能量。
在一些实施例中，需求响应层414包括控制模块，所述控制模块被配置用于主动发起控制动作(例如，自动更改设定值)，所述控制动作基于表示或基于需求(例如，价格、缩减信号、需求等级等)的一个或多个输入来使能量成本最小化。在一些实施例中，需求响应层414使用设备模型来确定最佳控制动作集合。设备模型可以包括例如描述输入、输出和/或由各种建筑物设备组执行的功能的热力学模型。设备模型可以表示建筑物设备集合(例如，子设施、冷却器阵列等)或单独的装置(例如，单独的冷却器、加热器、泵等)。
需求响应层414可以进一步包括或利用一个或多个需求响应策略定义(例如，数据库、xml文件等)。政策定义可以由用户(例如，经由图形用户接口)编辑或调整，从而使得可以针对用户的应用、期望的舒适度、具体建筑物设备或者基于其他关注点来定制响应于需求输入而发起的控制动作。例如，需求响应政策定义可以响应于特定需求输入而指定可以开启或关掉哪些设备、系统或一件设备应当关掉多久、可以更改什么设定值、可允许的设定值调整范围是什么、在返回到正常安排的设定值之前保持高需求设定值多久、接近容量限制有多近、要利用哪种设备模式、进入和离开能量储存设备(例如，热存储罐、电池组等)的能量传递速率(例如，最大速率、报警率、其他速率边界信息等)以及何时分派现场能量生成(例如，经由燃料电池、电动发电机组等)。
集成控制层418可以被配置用于使用建筑物子系统集成层420和/或需求响应层414的数据输入或输出来作出控制决策。由于子系统集成由建筑物子系统集成层420提供，集成控制层418可以集成子系统428的控制活动，使得子系统428表现为单个集成式超系统。在一些实施例中，集成控制层418包括控制逻辑，所述控制逻辑使用来自多个建筑物子系统的输入和输出以相对于单独的子系统可以单独提供的舒适度和节能而提供更大的舒适性和节能。例如，集成控制层418可以被配置用于使用来自第一子系统的输入来为第二子系统作出节能控制决策。这些决策的结果可以被传送回建筑物子系统集成层420。
集成控制层418被示出为在逻辑上低于需求响应层414。集成控制层418可以被配置用于通过配合需求响应层414而使建筑物子系统428和其对应控制环路能够被控制来增强需求响应层414的有效性。这种配置可以有利地减少相对于常规系统的破坏性需求响应行为。例如，集成控制层418可以被配置用于确保对冷水温度的设定值(或者直接或间接影响温度的另一个部件)进行需求响应驱动的向上调整不会导致风扇能量(或用于冷却空间的其他能量)的增加，所述风扇能量增加将导致建筑物能量使用总量比在冷却器处节省得更多。
集成控制层418可以被配置用于向需求响应层414提供反馈，从而使得需求响应层414检查即使正在进行所要求的减载时也适当地维持约束(例如，温度、照明水平等)。约束还可以包括与安全性、设备操作限制和性能、舒适度、防火规范、电气规范、能量规范等相关的设定值或感测边界。集成控制层418还在逻辑上低于故障检测与诊断层416以及自动测量与验证层412。集成控制层418可以被配置用于基于来自多于一个建筑物子系统的输出而向这些更高层提供所计算的输入(例如，汇总)。
自动测量与验证(am&v)层412可以被配置用于验证由集成控制层418或需求响应层414命令的控制策略正适当地工作(例如，使用由am&v层412、集成控制层418、建筑物子系统集成层420、fdd层416或其他方式汇总的数据)。由am&v层412进行的计算可以基于用于单独的bms装置或子系统的建筑物系统能量模型和/或设备模型。例如，am&v层412可以将模型预测的输出与来自建筑物子系统428的实际输出进行比较以确定模型的准确度。
故障检测与诊断(fdd)层416可以被配置用于为建筑物子系统428、建筑物子系统装置(即，建筑物设备)以及由需求响应层414和集成控制层418使用的控制算法提供持续故障检测。fdd层416可以从集成控制层418、直接从一个或多个建筑物子系统或装置或者从另一个数据源接收数据输入。fdd层416可以自动地诊断检测到的故障并对其作出响应。对检测到的或诊断到的故障的响应可以包括向用户、检修调度系统或被配置用于试图修复故障或解决故障的控制算法提供警报消息。
fdd层416可以被配置用于使用在建筑物子系统集成层420处可用的详细子系统输入来输出故障部件的特定标识或故障原因(例如，松动的气闸联接)。在其他示例性实施例中，fdd层416被配置用于向集成控制层418提供“故障”事件，所述集成控制层响应于接收到的故障事件而执行控制策略和政策。根据一些实施例，fdd层416(或由集成控制引擎或业务规则引擎执行的政策)可以在故障装置或系统周围关闭系统或直接控制活动，以减少能量浪费、延长设备寿命或确保适当的控制响应。
fdd层416可以被配置用于存储或访问各种不同的系统数据存储设备(或实时数据的数据点)。fdd层416可以使用数据存储设备的一些内容来识别设备级(例如，特定冷却器、特定ahu、特定终端单元等)故障并使用其他内容来识别部件或子系统级故障。例如，建筑物子系统428可以生成指示bms400及其各个部件的性能的时间(即，时间序列)数据。由建筑物子系统428生成的数据可以包括测得或计算出的值，所述测得或计算出的值展现统计特性并且提供关于相应的系统或过程(例如，温度控制过程、流量控制过程等)是如何在来自其设定值的误差方面执行的信息。fdd层416可以检查这些过程，以暴露系统何时开始性能降低并警告用户在故障变得更严重之前修复故障。
现在参照图5，示出了根据一些实施例的另一种建筑物管理系统(bms)500的框图。bms500可用于监测并控制hvac系统100、水侧系统200、空气侧系统300、建筑物子系统428的装置以及其他类型的bms装置(例如，照明设备、安全设备等)和/或hvac设备。
bms500提供促进自动设备发现和设备模型分布的系统架构。设备发现可以跨多条不同的通信总线(例如，系统总线554、区域总线556至560和564以及传感器/致动器总线566等)且跨多个不同的通信协议而在bms500的多个层级上发生。在一些实施例中，设备发现是使用活动节点表来完成的，所述活动节点表为连接到每个通信总线的装置提供状态信息。例如，对于新装置，可以通过监测新节点的相应活动节点表来监测每个通信总线。当检测到新装置时，bms500可以开始与新装置交互(例如，发送控制信号、使用来自所述装置的数据)，而不需要用户干预。
bms500中的一些装置使用设备模型来将其自身呈现至网络。设备模型限定用于与其他系统集成的设备对象属性、视图定义、时间表、趋势以及相关联的bacnet值对象(例如，模拟值、二进制值、多状态值等)。bms500中的一些装置存储其自己的设备模型。bms500中的其他装置具有存储在外部(例如，在其他装置内)的设备模型。例如，区域协调器508可以存储旁路气闸528的设备模型。在一些实施例中，区域协调器508自动为旁路气闸528或区域总线558上的其他装置创建设备模型。其他区域协调器还可以为连接至其区域总线的装置创建设备模型。装置的设备模型可以基于区域总线上的装置暴露的数据点的类型、装置类型和/或其他装置属性而自动创建。在下文中更详细地讨论自动设备发现和设备模型分布的若干示例。
仍然参照图5，bms500被示出为包括：系统管理器502；若干区域协调器506、508、510和518；以及若干区域控制器524、530、532、536、548和550。系统管理器502可以监测bms500中的数据点并且向各种监测和/或控制应用报告所监测到的变量。系统管理器502可以经由数据通信链路574(例如，bacnetip、以太网、有线或无线通信等)与客户端装置504(例如，用户装置、台式计算机、膝上型计算机、移动装置等)通信。系统管理器502可以经由数据通信链路574向客户端装置504提供用户接口。用户接口可以允许用户经由客户端装置504监测和/或控制bms500。
在一些实施例中，系统管理器502经由系统总线554与区域协调器506至510和518相连接。系统管理器502可以被配置用于使用主从令牌传递(mstp)协议或任何其他通信协议经由系统总线554与区域协调器506至510和518通信。系统总线554还可以将系统管理器502与其他装置相连接，所述其他装置诸如恒定容量(cv)屋顶单元(rtu)512、输入/输出模块(iom)514、恒温器控制器516(例如，tec5000系列恒温器控制器)、以及网络自动化引擎(nae)或第三方控制器520。rtu512可以被配置用于与系统管理器502直接通信并且可以直接连接至系统总线554。其他rtu可以经由中间装置与系统管理器502通信。例如，有线输入562可以将第三方rtu542连接至恒温器控制器516，所述恒温器控制器连接至系统总线554。
系统管理器502可以为包含设备模型的任何装置提供用户接口。如区域协调器506至510和518以及恒温器控制器516等的装置可以经由系统总线554向系统管理器502提供它们的设备模型。在一些实施例中，系统管理器502自动为不包含设备模型的所连接装置(例如，iom514、第三方控制器520等)创建设备模型。例如，系统管理器502可以为响应于装置树请求的任何装置创建设备模型。由系统管理器502创建的设备模型可以存储在系统管理器502内。然后，系统管理器502可以使用由系统管理器502创建的设备模型为不包含其自身的设备模型的装置提供用户接口。在一些实施例中，系统管理器502存储经由系统总线554连接的每种类型的装置的视图定义并且使用所存储视图定义来为所述设备生成用户接口。
每个区域协调器506至510以及518可以经由区域总线556、558、560和564与区域控制器524、530至532、536以及548至550中的一个或多个连接。区域协调器506至510以及518可以使用mstp协议或任何其他通信协议经由区域总线556至560以及564与区域控制器524、530至532、536以及548至550通信。区域总线556至560以及564还可以将区域协调器506至510以及518与其他类型的装置(比如，可变空气量(vav)rtu522和540、切换旁路(cobp)rtu526和552、旁路气闸528和546、以及peak控制器534和544)相连接。
区域协调器506至510和518可以被配置用于监测和命令各种分区系统。在一些实施例中，每个区域协调器506至510以及518监测并命令单独的分区系统并且经由单独的区域总线连接至分区系统。例如，区域协调器506可以经由区域总线556连接至vavrtu522和区域控制器524。区域协调器508可以经由区域总线558连接至cobprtu526、旁路气闸528、cobp区域控制器530和vav区域控制器532。区域协调器510可以经由区域总线560连接至peak控制器534和vav区域控制器536。区域协调器518可以经由区域总线564连接至peak控制器544、旁路气闸546、cobp区域控制器548以及vav区域控制器550。
区域协调器506至510和518的单个模型可以被配置用于处理多种不同类型的分区系统(例如，vav分区系统、cobp分区系统等)。每个分区系统可以包括rtu、一个或多个区域控制器和/或旁路气闸。例如，区域协调器506和510被示出为分别连接至vavrtu522和540的verasysvav引擎(vve)。区域协调器506经由区域总线556直接连接至vavrtu522，而区域协调器510经由提供至peak控制器534的有线输入568连接至第三方vavrtu540。区域协调器508和518被示出为分别连接至cobprtu526和552的verasyscobp引擎(vce)。区域协调器508经由区域总线558直接连接至cobprtu526，而区域协调器518经由提供至peak控制器544的有线输入570连接至第三方cobprtu552。
区域控制器524、530至532、536和548至550可以经由传感器/致动器(sa)总线与各个bms装置(例如，传感器、致动器等)通信。例如，vav区域控制器536被示出为经由sa总线566连接至联网传感器538。区域控制器536可以使用mstp协议或任何其他通信协议与联网传感器538通信。虽然在图5中仅示出了一条sa总线566，但应该理解的是，每个区域控制器524、530至532、536以及548至550可以连接至不同的sa总线。每条sa总线可以将区域控制器与各种传感器(例如，温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光传感器、占用传感器等)、致动器(例如，气闸致动器、阀致动器等)和/或其他类型的可控设备(例如，冷却器、加热器、风扇、泵等)相连接。
每个区域控制器524、530至532、536以及548至550可以被配置用于监测和控制不同的建筑物区域。区域控制器524、530至532、536以及548至550可以使用经由其sa总线提供的输入和输出来监测和控制各建筑物区域。例如，区域控制器536可以使用经由sa总线566从联网传感器538接收到的温度输入(例如，建筑物区域的测量温度)作为温度控制算法中的反馈。区域控制器524、530至532、536以及548至550可以使用各种类型的控制算法(例如，基于状态的算法、极值搜索控制(esc)算法、比例积分(pi)控制算法、比例-积分-微分(pid)控制算法、模型预测控制(mpc)算法、反馈控制算法等)来控制建筑物10中或周围的可变状态或条件(例如，温度、湿度、气流、照明等)。
极值搜索控制系统
现在参照图6，根据一些实施例，示出了使用周期性抖动信号的极值搜索控制(esc)系统600的框图。esc系统600被示出为包括极值搜索控制器602、以及设施604。控制理论中的设施是过程与一个或多个机械控制输出的组合。例如，设施604可以是被配置用于经由一个或多个机械控制的致动器和/或气闸来控制建筑物空间内的温度的空气处理单元。在各实施例中，设施604可以包括冷却器操作过程、气闸调整过程、机械冷却过程、通风过程、制冷过程、或其中设施604的输入变量(即，受操纵变量u)被调整以影响来自设施604的输出(即，性能变量y)的任何其他过程。
极值搜索控制器602使用极值搜索控制逻辑来对受操纵变量u进行调节。例如，控制器602可以使用周期性(例如，正弦)扰动信号或抖动信号来扰动受操纵变量u的值以便提取性能梯度p。受操纵变量u可以通过向性能变量u的dc值添加周期性振荡来扰动，所述dc值可由反馈控制环路来确定。性能梯度p表示性能变量y相对于受操纵变量u的梯度或斜率。控制器602使用极值搜索控制逻辑来确定使性能梯度p趋向于零的受操纵变量u的值。
控制器602可以基于作为反馈经由输入接口610从设施604接收到的性能变量y的测量结果或其他示值而确定受操纵变量u的dc值。来自设施604的测量结果可以包括但不限于从传感器接收的关于设施604的状态的信息或发送到系统中的其他装置的控制信号。在一些实施例中，性能变量y是阀354至356中的一个的测量或观察位置。在其他实施例中，性能变量y是测量或计算的功耗量、风扇速度、气闸位置、温度、或可由设施604测量或计算的任何其他变量。性能变量y可以是极值搜索控制器602进行搜索以经由极值搜索控制技术优化的变量。性能变量y可以由设施604输出或者在设施604处观察到(例如，经由传感器)并且在输入接口610处提供给极值搜索控制器。
输入接口610将性能变量y提供给性能梯度探测器612以检测性能梯度614。性能梯度614可以指示函数y＝f(u)的斜率，其中，y表示从设施604接收到的性能变量，而u表示提供给设施604的受操纵变量。当性能梯度614为零时，性能变量y具有极值(例如，最大值或最小值)。因此，极值搜索控制器602可以通过使性能梯度614趋向于零来优化性能变量y的值。
受操纵变量更新器616基于性能梯度614而产生经更新受操纵变量u。在一些实施例中，受操纵变量更新器616包括使性能梯度614趋向于零的积分器。受操纵变量更新器616然后经由输出接口618将经更新受操纵变量u提供给设施604。在一些实施例中，受操纵变量u作为控制信号经由输出接口618被提供给气闸324至328(图2)中的一个或影响气闸324至328的致动器。设施604可以使用受操纵变量u作为设定值来调整气闸324至328的位置并且由此控制室外空气314与提供给温控空间的回流空气304的相对比例。
现在参照图7，根据一些实施例，示出了使用周期性抖动信号的另一个esc系统700的框图。esc系统700被示出为包括设施704和极值搜索控制器702。控制器702使用极值搜索控制策略来优化作为来自设施704的输出接收到的性能变量y。优化性能变量y可以包括最小化y、最大化y、控制y以实现设定值，或以其他方式调节性能变量y的值。
设施704可以与如参照图3所描述的设施604相同或类似于设施604。例如，设施704可以是过程与一个或多个机械控制输出的组合。在一些实施例中，设施704是被配置用于经由一个或多个机械控制的致动器和/或气闸来控制建筑物空间内温度的空气处理单元。在其他实施例中，设施704可以包括冷却器操作过程、气闸调整过程、机械冷却过程、通风过程、或基于一个或多个控制输入生成输出的任何其他过程。
设施704可以在数学上表示为输入动态722、性能图724、输出动态726、以及干扰d的组合。在一些实施例中，输入动态722是线性时不变(lti)输入动态并且输出动态726是lti输出动态。性能图724可以是静态非线性的性能图。干扰d可以包括过程噪声、测量噪声或两者的组合。虽然图7中示出了设施704的部件，但应当注意，为了应用esc，不需要知道设施704的实际数学模型。
设施704经由输出接口730从极值搜索控制器702接收控制输入u(例如，控制信号、受操纵变量等)。输入动态722可以使用控制输入u来基于控制输入生成功能信号x(例如，x＝f(u))。功能信号x可以传递到性能图724，所述性能图生成作为功能信号的函数的输出信号z(即，z＝f(x))。输出信号z可以通过输出动态726传递以产生信号z′，可以在元件728处由干扰d来修改所述信号以产生性能变量y(例如，y＝z′+d)。性能变量y被提供作为来自设施704的输出并且在极值搜索控制器702处被接收。极值搜索控制器702可以进行搜索以找到优化性能图724的输出z和/或性能变量y的x和/或u的值。
仍然参照图7，极值搜索控制器702被示出为经由输入接口732来接收性能变量y并且将性能变量y提供给控制器702内的控制环路705。控制环路705被示出为包括高通滤波器706、解调元件708、低通滤波器710、积分器反馈控制器712、以及抖动信号元件714。控制环路705可以被配置用于使用抖动解调技术从性能变量y中提取性能梯度p。积分器反馈控制器712分析性能梯度p并且调整设施输入的dc值(即，变量w)以使性能梯度p趋向于零。
抖动解调技术的第一步骤由抖动信号生成器716和抖动信号元件714执行。抖动信号生成器716生成周期性抖动信号v，所述周期性抖动信号通常是正弦信号。抖动信号元件714接收来自抖动信号生成器716的抖动信号v以及来自控制器712的设施输入的dc值w。抖动信号元件714结合抖动信号v与设施输入的dc值w，以生成提供至设施704的扰动控制输入u(例如，u＝w+v)。扰动控制输入u被提供至设施704并且如前所述的由设施704用于生成性能变量y。
抖动解调技术的第二步骤由高通滤波器706、解调元件708、以及低通滤波器710来执行。高通滤波器706对性能变量y进行滤波并且将经滤波的输出提供给解调元件708。解调元件708通过将经滤波的输出乘以具有施加的相移718的抖动信号v来解调高通滤波器706的输出。此乘法的dc值与性能变量y相对于控制输入u的性能梯度p成比例。解调元件708的输出被提供给低通滤波器710，所述低通滤波器提取性能梯度p(即，解调输出的dc值)。然后将性能梯度p的估计值提供给积分器反馈控制器712，所述积分器反馈控制器通过调整设施输入u的dc值w来使性能梯度估计p趋向于零。
仍参照图7，极值搜索控制器702被示出为包括放大器720。可能需要放大抖动信号v，以使得抖动信号v的幅度大到足以使抖动信号v的效应在设施输出y中是明显的。即使在控制输入u的dc值w保持不变的情况下，抖动信号v的较大幅度也会导致控制输入u发生较大变化。由于抖动信号v的周期性，设施操作人员通常可注意到设施输入u的较大变化(即，由抖动信号v引起的振荡)。
此外，可能需要仔细选择抖动信号v的频率，以确保esc策略是有效的。例如，可能需要基于设施604的固有频率ωn选择抖动信号频率ωv，以增强抖动信号v对性能变量y的影响。在不知道设施704的动态的情况下，正确选择抖动频率ωv可能是困难和具有挑战性的。出于这些原因，使用周期性抖动信号v是传统esc的缺点之一。
在esc系统700中，高通滤波器706的输出可以表示为性能变量y的值与性能变量y的预期值之间的差值，如下式所示：
高通滤波器的输出：y-e[y]
其中，变量e[y]是性能变量y的预期值。由解调元件708执行的互相关的结果(即，解调元件708的输出)可以被表示为高通滤波器输出与经相移的抖动信号的乘积，如以下等式所示：
互相关的结果：(y-e[y])(v-e[v])
其中，变量e[v]是抖动信号v的预期值。低通滤波器710的输出可以表示为抖动信号v与性能变量y的协方差，如以下等式所示：
低通滤波器的输出：e[(y-e[y])(v-e[u])]≡cov(v,y)
其中，变量e[u]是控制输入u的预期值。
前述等式表明esc系统700生成对抖动信号v与设施输出(即，性能变量y)之间的协方差cov(v,y)的估计。协方差cov(v,y)可以在esc系统700中用作性能梯度p的代理。例如，协方差cov(v,y)可以由高通滤波器706、解调元件708、以及低通滤波器710来计算，并且将其作为反馈输入提供给积分器反馈控制器712。积分器反馈控制器712可以调整设施输入u的dc值w，以使作为反馈控制环路的组成部分的协方差cov(v,y)最小化。
用于开/关系统的极值搜索控制系统
现在参照图8，示出了根据示例性实施例的控制系统800。根据示例性实施例，控制系统800被示出为包括控制器802和开/关系统810。开/关系统810可以是双位置系统，其两个可能的位置为打开和关闭。开/关系统810可以是二值的，因为对系统而言只有两种设置是可能的——打开和关闭。此外，开/关系统810可以是建筑物管理系统，诸如hvac系统或其他类似的bms。图6中的esc系统600和图7中的esc系统700也可以分别包括在包括图8中所示出的部件的一些示例性实施例中。图8中示出的系统的其他可能实施例可以包括以下各项或与以下各项有关：可用于服务建筑物10的水侧系统200(图2)、可用于服务建筑物10的空气侧系统300(图3)、以及在图4和图5的框图中示出的bms。开/关系统810还可以包括一个或多个双位置阀、单速压缩机、风扇、泵、和/或仅具有两个可能位置(例如，打开和关闭)或操作状态(例如，开和关、活动和非活动等)的其他系统或装置。
控制器802可以被配置用于接收来自开/关系统810的性能变量y，并且可以生成信号并提供至开/关系统810。在一些实施例中，控制信号是具有二值(例如，开或关，打开或关闭等)的脉宽调制(pwm)信号。在一些实施例中，控制器802被示出为包括通信接口814和处理电路804。
通信接口814可以促进控制器802与开/关系统810之间的通信。接口814可以是或包括有线或无线通信接口(例如，插座、天线、发射器、接收器、收发器、电线端子等)，以用于与开/关系统810或其他外部系统或装置进行数据通信。在各实施例中，经由接口814的通信可以是直接的(例如，本地有线或无线通信)或经由通信网络(例如，wan、互联网、蜂窝网络等)。例如，通信接口814可以包括用于经由基于以太网的通信链路或网络发送和接收数据的以太网卡和端口。在另一示例中，通信接口814可以包括用于经由无线通信网络、蜂窝或移动电话通信收发器、或电力线通信接口进行通信的wi-fi收发器。
在一些实施例中，处理电路804被示出为包括处理器806和存储器808。处理电路804可以可通信地连接至通信接口814，使得处理电路804及其各个部件可以经由通信接口814发送和接收数据。处理器806可以被实施为通用处理器、专用集成电路(asic)、一个或多个现场可编程门阵列(fpga)、一组处理部件、或其他合适的电子处理部件。
存储器808(例如，存储器、存储器单元、存储装置等)可以包括用于存储数据和/或计算机代码的一个或多个装置(例如，ram、rom、闪存、硬盘存储设备等)，所述数据和/或计算机代码用于完成或促进本申请中所描述的各种过程、层和模块。存储器808可以是或包括易失性存储器或非易失性存储器。存储器808可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件、或用于支持本申请中所描述的各种活动和信息结构的任何其他类型的信息结构。根据一些实施例，存储器808经由处理电路804可通信地连接至处理器806并且包括用于(例如，由处理电路804和/或处理器806)执行本文所描述的一个或多个过程的计算机代码。
在示例性实施例中，控制系统800的存储器808被示出为包括滤波器812、极值搜索控制器816和pwm信号生成器818。滤波器812可以接收来自开/关系统810的性能变量y作为输入。例如，该性能变量可以是要被最大化的变量，诸如性能系数或效率等级。替代地，例如,该性能变量可以包括要被最小化的变量，诸如成本或能量消耗。滤波器812可以包括各种滤波器中的任何一个或组合，例如，低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、求平均滤波器和/或陷波滤波器。滤波器812可以被配置用于在一个或多个完整pwm周期上计算性能变量的度量(例如，平均值)，并且可以将性能变量的度量提供作为到极值搜索控制器816的经滤波输出。在一些实施例中，滤波器812用于对从开/关系统810接收的性能变量输入进行平滑处理。然后，滤波器812可以输出用于极值搜索控制器816的经滤波输入。
在一些实施例中，极值搜索控制器816可以接收来自滤波器812的经滤波输入。极值搜索控制器816可以包括图6的极值搜索控制器602或图7的极值搜索控制器702的一些或全部部件和/或功能。在一些实施例中，极值搜索控制器816的输出(即，受操纵变量u)是在0至100％之间的占空比。极值搜索控制器816可以以极值搜索控制器602和702生成其受操纵变量u的相同方式生成占空比输出。例如，极值搜索控制器816可以提取经滤波输入相对于占空比的梯度，并且可以调整占空比的稳态值以使梯度趋向于零。极值搜索控制器816可以将抖动信号叠加到占空比的稳态值上以生成极值搜索控制器816的占空比输出(即，受操纵变量u)。然后可以将极值搜索控制器816的该占空比输出作为输入发送到pwm信号生成器818。
pwm信号生成器818可以从极值搜索控制器816接收占空比作为输入。在一些实施例中，pwm信号生成器818用于生成pwm信号，所述pwm信号具有由极值搜索控制器816定义的占空比并且具有由用户定义的循环周期(或者以其他方式被提供作为pwm信号生成器818的输入)。在各实施例中，循环周期可以由用户定义、从外部系统或装置接收、或从存储器808取得。pwm信号生成器818可以使用占空比输入信号和循环周期来计算pwm信号的每个周期的脉冲宽度，如下面等式1中所见，其中ω是脉冲宽度，u是作为百分比的占空比输入信号，并且c是循环周期。
ω＝0.01uc(1)
pwm信号生成器818可以输出具有根据上面等式1的脉冲宽度ω的pwm信号。在一些实施例中，该输出pwm信号被发送至开/关系统810，为此可以改变性能，以便实现对受监测和受操纵的性能变量的期望最大化或最小化。
现在参照图9，示出了根据示例性实施例的用于使用极值搜索控制来控制开/关系统的过程900。在一些实施例中，过程900由如图8所示的控制系统800(例如，控制器802)的一个或多个部件执行。过程900可以包括将极值搜索控制应用于开/关系统的步骤，该开/关系统可以包括hvac系统、双位置阀、单速压缩机、风扇和泵。此外，过程900可以应用于其他类似的bms。图6的esc系统600和图7的esc系统700也可以分别包括在可以应用过程900的一些示例性实施例中。在一些实施例中，过程900也可以应用于其他系统，例如可以用于服务建筑物10的水侧系统200(图2)、可以用于服务建筑物10的空气侧系统300(图3)、以及图4和图5的框图中所示的bms。
过程900被示出为包括从开/关系统获得性能变量数据(步骤902)。步骤902可以包括从图8的开/关系统810接收性能变量。期望使性能变量趋向极值，以便优化对开/关系统810的使用。根据性能变量，目标可以是使性能变量趋向最大值或最小值。例如，如果从开/关系统810获得的性能变量是性能系数或效率度量，则期望最大化这样的性能变量。然而，如果从开/关系统810获得的性能变量是功耗或成本的度量，则将期望使这样的变量趋向最小值。
过程900被示出为包括对来自开/关系统的性能数据进行滤波(步骤904)。步骤904可以由滤波器812执行，如参照图8所描述的。步骤904的滤波器812可以包括组合使用的单个滤波器或多个滤波器，并且可以包括多个可能的滤波器。例如，步骤904中使用的滤波器812可以是低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器、陷波滤波器、截止滤波器或求平均块(averagingblock)、以及取决于实施例的其他类型的可能滤波器。在一些实施例中，步骤904准备好从开/关系统810获得的性能变量数据，以输入到极值搜索控制器816。
过程900被示出为包括将经滤波性能变量数据输入到极值搜索控制器(步骤906)。在一些实施例中，步骤906包括将经滤波性能变量数据输入到极值搜索控制器中。取决于实施例，这可以对应于图8中示出的滤波器812和极值搜索控制器816。在一些实施例中，可以在将所述数据输入到极值搜索控制器816之前对从开/关系统810获得的性能变量数据进行滤波，以对数据进行平滑处理从而允许使用抖动信号对数据进行最佳极值搜索控制扰动。
过程900被示出为包括使用极值搜索控制技术基于经滤波的性能变量数据来计算占空比(步骤908)。在一些实施例中，步骤908由如参照图8所描述的极值搜索控制器816执行。极值搜索控制器816可以根据输入的经滤波性能变量数据确定占空比，并且还可以使用抖动信号扰动输入的经滤波性能数据。在一些实施例中，用于扰动输入的抖动信号可以是正弦波。根据一些实施例，在输入到pwm信号生成器818之前操纵输入的经滤波性能变量数据，以便允许pwm信号生成器818最佳地起作用。
过程900被示出为包括将占空比输入到pwm信号生成器(步骤910)。步骤910可以包括根据实施例将由极值搜索控制器在步骤908中计算的占空比输入到pwm循环周期生成器。极值搜索控制器和pwm循环周期生成器可以分别对应于图8的部件816和818。在一些实施例中，由极值搜索控制器816计算的占空比允许pwm信号生成器818基于最初从开/关系统810获得的性能变量信号生成适当的脉冲串，并在输入到极值搜索控制器之前进行滤波。
过程900被示出为包括pwm信号生成器，所述pwm信号生成器根据计算的占空比生成脉冲串(步骤912)。在一些实施例中，步骤912包括pwm信号生成器获取在前一步骤中由极值搜索控制器计算的输入占空比并相应地生成脉冲串。根据各个实施例，pwm信号生成器对应于图8中示出的部件818。pwm信号生成器818可以输出具有可由用户设计的循环周期的脉冲串。在一些实施例中，脉冲宽度由输入信号确定，其中，所述输入信号是在前一步骤中由极值搜索控制器816计算的占空比。pwm信号生成器818可以产生脉冲串，其脉冲宽度占据每个循环周期的一百分比，所述百分比对应于从极值搜索控制器816输入的占空信号的值。在一些实施例中，由pwm信号生成器818生成的脉冲串中的脉冲的幅度是恒定的，但是每个循环周期的脉冲宽度取决于占空比的相应部分的值。还必须注意的是，当占空比振荡时，脉冲宽度可能在宽度上略微波动。
过程900被示出为包括将生成的脉冲串应用于开/关系统，以便通过使性能变量趋向期望的极值来修改系统性能(步骤914)。在一些实施例中，取决于在步骤902中从开/关系统获得的性能变量数据，当性能变量修改开/关系统810的性能时，通过脉冲串使性能变量趋向极值。
应当理解，在过程900的步骤中包括的部件绝不是限制性的，并且可以根据一些实施例而变化。还应当理解，过程900是正在进行的过程，其中在步骤912中基于生成的占空比生成脉冲串，所述生成的占空比基于从开/关系统810获得的经滤波性能变量数据。应当理解，性能变量数据可以是动态的并且根据开/关系统810的操作随时间推移而变化，并且由此，基于从开/关系统810获得的性能变量数据最终生成的脉冲串也可以是动态的。
现在参照图10a、图10b、和图10c的曲线图，分别示出了根据示例性实施例的经滤波输入、占空比和pwm输出。图10a至图10c可以包括随时间推移绘制的信号，其中时间轴(x轴)具有四个标记的时间点t0、t1、t2和t3。根据示例性实施例，这四个时间点标记在图10a至图10c中包括的每个曲线图上，并且指示这三个曲线图中的每个曲线图上的信号活动对应于在相同时间间隔内按图顺序其他曲线图上的信号活动。例如，图10a上的t0与t1之间的信号活动可以与在图10b和图10c上的t0与t1之间看到的信号活动有关。由此，在描述图10a至图10c时，可以参照这些指定的时间点和随后的时间间隔。图10a、图10b和图10c可以示出来自可以包括hvac系统和bms系统、以及图6和图7对应的esc系统600和esc系统700的系统的数据。在一些实施例中，图10a、图10b和图10c的曲线图也可适用于其他系统，例如可以用于服务建筑物10的水侧系统200(图2)、可以用于服务建筑物10的空气侧系统300(图3)、以及图4和图5的框图中所示的bms。
现在参照图10a，根据示例性实施例，示出了随时间推移的经滤波输入信号1100。图10a的经滤波输入信号1100可以对应于从滤波器812发送到图8中的极值搜索控制器816的经滤波输入。如前所述，图8的经滤波输入可以包括最初从开/关系统810发送到滤波器812的经滤波性能变量数据。根据示例性实施例，可以包括各种滤波器类型中的一种或多种类型的滤波器812对来自开/关系统810的性能变量数据进行滤波，并且如在图8中看到的，滤波器812的该结果用作极值搜索控制器816的经滤波输入。由此，在图10a中看到的经滤波输入信号1100可以表示图8的滤波器812的输出。在一些实施例中，经滤波的输入信号1100被示出为在被定义为t0-t1、t1-t2和t2-t3的三个时间间隔上的正弦信号。如图10a中所看到的，经滤波的输入信号1100可以具有三个不同的平均幅度，其中，每个不同的平均幅度可以对应于这三个定义的时间间隔中的一个，每个时间间隔可以与图10a和图10c中在相应的时间间隔上看到的信号相关。
现在参照图10b，根据示例性实施例，示出了随时间推移的占空比信号1200。占空比信号1200可以对应于作为极值搜索控制器816的输出发送到图8的pwm信号生成器818的占空比。如前所述，占空比可以表示为百分比或比率，并且由此，图10b的y轴可被视为包括范围从0到1的标度，根据示例性实施例，所述标度可以指示从0至100％的百分比。根据一些实施例，正如图10a所示，这三个定义的时间间隔t0-t1、t1-t2和t2-t3用于标识占空比信号1200的三个不同的平均幅度，并因此与图10a和图10c的信号相关。
现在参照图10c，根据示例性实施例示出了随时间推移的pwm输出信号1300。pwm输出信号1300可以对应于作为pwm信号生成器818的输出发送到图8的开/关系统810的pwm信号。如前所述，pwm输出信号1300可以具有由用户定义的循环周期。图10c示出了根据示例性实施例的在恒定循环周期内在t0-t1、t1-t2和t2-t3这三个不同时间间隔上的三个不同的脉冲宽度。图10的每个脉冲无论脉冲宽度如何都可以被示出幅度为1，因为脉冲宽度可以是脉冲的唯一变量。根据示例性实施例，在图10c的这三个不同时间间隔上看到的pwm输出信号1300的信号活动与在相应时间间隔上在图10a和图10b上看到的信号活动相关。
图10a的经滤波输入信号1100可以在0至1.5的任意标度范围内变化。根据示例性实施例，第一经滤波输入部分1110由时间间隔t0-t1定义。第一经滤波输入部分1110可以表示在由图8的滤波器812滤波之后从开/关系统810获得的性能数据。第二经滤波输入部分1120可以由时间间隔t1-t2定义，并且当与第一输入信号部分1100相比时可以示出增加的平均幅度。类似地，第三经滤波输入部分1130可以由时间间隔t2-t3定义，并且当与第一输入信号部分1100和第二输入信号部分1110相比时可以示出增加的平均幅度。这就是说，根据示例性实施例，经滤波的输入信号1100可以随时间推移而增加(如图10a所看到的)，或者可以随时间推移而减小，或者可以以其他方式波动或保持恒定。
图10b的占空比信号1200可以类似于图10a的经滤波输入信号1100随时间推移而改变平均幅度。根据示例性实施例，示出占空比信号1200的幅度在0至1之间变化，其也可以被解释为0至100％。第一占空比部分1210可以存在于时间间隔t0-t1上。第一占空比信号部分1210可以对应于在相同时间间隔t0-t1上看到的第一经滤波输入部分1110。占空比信号1200可以由图8的极值搜索控制器816产生，并且可以依赖于由同样在图8中可见的滤波器812产生的经滤波输入信号1100。由于经滤波的输入信号1100在图10a的这三个时间间隔上可以增加平均幅度，因此图10b中的占空比信号1200的平均幅度也可以增加。该相应的信号活动可以不是随机的，并且可以指示经滤波的输入信号1100与占空比信号1200之间的直接比例关系。根据示例性实施例，对于经滤波输入信号1100的平均幅度增加，可看到相同的信号活动，如由第二经滤波输入部分1120与第一经滤波输入部分1110相比的活动、以及还由第三经滤波输入部分1120与第二经滤波输入部分1120相比的活动所证明的。类似地，根据示例性实施例，通过比较第二占空比部分1220(其被示出为相对于第一占空比部分1210已增加)以及第三占空比部分1230(其被示出为相对于第二占空比部分1220已增加)的平均幅度，可以看到占空比信号1200的相应信号活动。这就是说，由于经滤波的输入信号1100可以随时间推移而波动，因此占空比信号1200也可以按比例波动。
根据示例性实施例，图10c示出了包括三个分量的pwm输出信号1300，所述分量是第一pwm输出部分1310、第二pwm输出部分1320和第三pwm输出部分1330。图10c的pwm输出信号1300的脉冲宽度在这三个时间间隔上可以改变，但是图10a的经滤波输入信号1100和图10b的占空比信号与之相反，图10c的pwm输出信号1300的幅度可以保持恒定。根据示例性实施例，图10c中可看到作为t0-t1、t1-t2和t2-t3的每个时间间隔包括3个循环周期。由此，尽管可能包括宽度变化的脉冲，但每个上述时间间隔的持续时间可以是相等的。根据示例性实施例，当脉冲宽度变化时，循环周期保持恒定，其中脉冲构成总循环周期的变化部分。类似于图10a和图10b中所见的相应时间间隔之间的关系，图10b和图10c中可见的相应时间间隔也可以涉及。由于占空比信号1200的平均幅度可以从第一占空比部分1210到第三占空比部分1230增加，因此pwc输出信号1300的宽度也可以从第一pwm输出部分1310到第三pwm输出部分1330增加。随着占空比信号1200的平均幅度的增加，pwm输出信号脉冲宽度1300可以成比例地增加。根据示例性实施例，该关系可以归因于图8的pwm信号生成器，因为成比例且受控制的pwm输出信号1200被发送到开/关系统810以调节操作。
针对示例性实施例，虽然图10c的pwm输出信号1300的脉冲对于附图中可见的这三个时间间隔中的每一个而言其大小是恒定的，但是应当注意，这些脉冲的宽度可以变化，因为它们可以是基于会不时地波动并由此脉冲宽度可能也会不时地波动的占空比信号1200。根据示例性实施例，即使占空比信号1200的平均幅度相对恒定，预期pwm输出信号1300的脉冲宽度也会由于占空比信号1200的振荡而略微增大和减小。由此，pwm输出信号1300的脉冲的幅度可以保持恒定，并且所述脉冲的宽度可以随着占空比信号1200的可能的微小振荡而略微变化。
示例性实施例的配置
如各个示例性实施例中所示出的系统和方法的构造和安排仅是说明性的。尽管本披露中仅详细描述了几个实施例，但是许多修改是可能的(例如，各种元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、安装安排、材料的使用、颜色、定向等的变化)。例如，元件的位置可以颠倒或以其他方式变化，并且离散元件的性质或数量或位置可以更改或变化。因此，所有这种修改旨在被包括在本披露内容的范围内。可以根据替代实施例对任何过程或方法步骤的顺序或序列进行改变或重新排序。在不脱离本披露范围的情况下，可以在示例性实施例的设计、运行条件和安排方面作出其他替代、修改、改变、和省略。
本披露内容设想了用于完成各种操作的方法、系统和任何机器可读介质上的程序产品。可以使用现有计算机处理器或由结合用于此目的或另一目的的适当系统的专用计算机处理器或由硬接线系统来实施本披露的实施例。本披露内容的范围内的实施例包括程序产品，所述程序产品包括用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用介质。举例来讲，这类机器可读介质可以包括ram、rom、eprom、eeprom、cd-rom或其他光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁存储装置，或者可以用来以机器可执行指令或数据结构的形式承载或存储期望程序代码并且可以由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何其他介质。上述内容的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机器执行某一功能或一组功能的指令和数据。
尽管附图示出了方法步骤的具体顺序，但是步骤的顺序可以不同于所描绘的顺序。还可以同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。这种变型将取决于所选软件和硬件系统以及设计者的选择。所有这种变型都处于本披露内容的范围内。同样，可以用具有基于规则的逻辑和用于实现各个连接步骤、处理步骤、比较步骤和判定步骤的其他逻辑的标准编程技术来实现软件实施方式。
技术特征：
1.一种极值搜索控制系统，包括：
开/关系统，所述开/关系统通过在开启状态与关闭状态之间切换可操作以影响建筑物的可变状态或条件；
控制器，所述控制器被配置用于通过向所述开/关系统提供具有占空比的脉宽调制(pwm)控制信号来操作所述开/关系统，所述pwm控制信号使所述开/关系统运行以影响所述建筑物的所述可变状态或条件；
其中，所述控制器被配置用于通过以下操作来生成所述pwm控制信号：
接收性能变量作为来自所述开/关系统的反馈；
提取所述性能变量相对于所述占空比的梯度；
使用极值搜索控制技术调制所述占空比，以确定使所述梯度趋向于零的所述占空比的最佳值；以及
生成所述pwm控制信号，使得所述pwm控制信号的每个周期具有与所述占空比成比例的脉冲宽度。
2.如权利要求1所述的极值搜索控制系统，所述控制器包括：一个或多个滤波器，所述一个或多个滤波器被配置用于在所述控制器提取所述性能变量相对于所述占空比的所述梯度之前处理来自所述开/关系统的所述性能变量反馈。
3.如权利要求1所述的极值搜索控制系统，其中，所述pwm控制信号的周期由用户定义。
4.如权利要求1所述的极值搜索控制系统，其中，所述生成的pwm控制信号是脉冲串，其中，所述脉冲串中的每个脉冲具有恒定的幅度。
5.如权利要求1所述的极值搜索控制系统，其中，所述脉冲串的脉冲宽度由输入信号确定，使得所述占空比的值将等于脉冲占据的循环周期的百分比。
6.如权利要求1所述的极值搜索控制系统，其中，所述控制器被配置用于：
标识由于调制所述占空比以使所述梯度趋向于零而导致的所述占空比的变化；以及
更新所述脉冲宽度，使得在所述占空比的所述变化之后，所述脉冲宽度与所述占空比维持成比例。
7.如权利要求1所述的极值搜索控制系统，其中，所述控制器被配置用于：
确定使所述性能梯度趋向于零的所述占空比的稳态值；以及
用抖动信号扰动所述占空比的所述稳态值，以确定所述pwm控制信号的所述占空比。
8.如权利要求1所述的极值搜索控制系统，其中，所述控制器被配置用于通过使所述梯度趋向于零来使所述性能变量趋向于极值，所述极值包括所述性能变量的最大值或最小值。
9.如权利要求1所述的极值搜索控制系统，其中，在计算所述占空比之前，所述一个或多个滤波器接收并处理来自所述开/关系统的所述性能变量。
10.如权利要求1所述的极值搜索控制系统，其中，在等于接收所述性能变量作为反馈的时间的周期内，所述pwm控制信号被连续调整并被输出到所述开/关系统。
11.一种用于系统控制的方法，所述方法包括：
通过在开启状态与关闭状态之间切换来影响建筑物的可变状态或条件；
操作控制器以向所述开/关系统提供具有占空比的脉宽调制(pwm)控制信号，所述pwm控制信号使所述开/关系统运行以影响所述建筑物的所述可变状态或条件；
其中，操作所述控制器包括：
接收性能变量作为来自所述开/关系统的反馈；
提取所述性能变量相对于所述占空比的梯度；
使用极值搜索控制技术调制所述占空比，以确定使所述梯度趋向于零的所述占空比的最佳值；以及
生成所述pwm控制信号，使得所述pwm控制信号的每个周期具有与所述占空比成比例的脉冲宽度。
12.如权利要求11所述的方法，其中，在对所述性能变量相对于所述占空比的所述梯度的所述提取之前，从所述开/关系统接收的所述性能变量由一个或多个滤波器处理。
13.如权利要求11所述的方法，所述pwm控制信号的所述生成由输入信号确定，使得所述占空比的值将等于脉冲占据的循环周期的百分比。
14.如权利要求11所述的方法，其中，所述pwm控制信号的所述循环周期是用户定义的。
15.如权利要求11所述的方法，其中，确定所述生成的pwm控制信号的脉冲宽度，使得所述占空比的值将等于作为所述循环周期的百分比的所述脉冲宽度。
16.如权利要求11所述的方法，其中，操作所述控制器包括：
标识由于调制所述占空比以使所述梯度趋向于零而导致的所述占空比的变化；以及
更新所述脉冲宽度，使得在所述占空比的所述变化之后，所述脉冲宽度与所述占空比维持成比例。
17.如权利要求11所述的方法，其中，所述生成的pwm控制信号具有恒定的幅度。
18.如权利要求11所述的方法，其中，提取所述性能变量相对于所述占空比的所述梯度包括使用抖动信号的扰动。
19.如权利要求11所述的方法，其中，确定所述占空比的所述最佳值对应于被配置用于使所述性能变量趋向于期望极值的pwm控制信号。
20.如权利要求11所述的方法，其中，生成所述pwm控制信号是连续的，在等于接收所述性能变量作为反馈的时间的周期内，所述pwm控制信号被调整并被输出到所述开/关系统。
技术总结
一种开/关系统通过在开启状态与关闭状态之间切换来运行以影响建筑物的可变状态或条件。一种极值搜索控制器通过向所述开/关系统提供具有占空比的脉宽调制(PWM)控制信号来操作所述开/关系统。所述极值搜索控制器被配置用于通过以下操作来生成所述PWM控制信号：接收性能变量作为来自所述开/关系统的反馈；提取所述性能变量相对于所述占空比的梯度；使用极值搜索控制技术调制所述占空比，以确定使所述梯度趋向于零的所述占空比的最佳值；以及生成所述PWM控制信号，使得所述PWM控制信号的每个周期具有与所述占空比成比例的脉冲宽度。
技术研发人员：蒂莫西·I·索尔兹伯里
受保护的技术使用者：江森自控科技公司
技术研发日：.08.21
技术公布日：.02.28
