(57)【要約】【課題】  オンライン構成可能なシステム特定を有する建物管理システムを提供する。【解決手段】  建物管理システムは、建物の可変的状態または状況に影響を与えるように動作可能な建物機器と、モデルフォームを示すユーザ入力を受信するように構成される制御システムと、を含む。モデルフォームは、複数のパラメータの観点から定義される複数の要素を有する複数の行列を含む。制御システムは、モデルフォームを解析して、潜在的パラメータ値のセットに基づいて複数の要素の各々の値を決定するための機械実行可能工程のシーケンスを生成し、機械実行可能工程のシーケンスを実行して複数のパラメータのパラメータ値のセットを生成することにより、システムモデルを特定し、特定されたシステムモデルの予測と建物の可変的状態または状況の挙動との間の適合度を説明するグラフィカルユーザインタフェースを生成し、特定されたシステムモデルを使って建物機器を制御するように構成される。【選択図】図９
2020012628.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物管理システムであって、
建物の可変的な状態または状況に影響を与えるように動作可能な建物機器と、
制御システムと
を含み、
前記制御システムは、
モデルフォームを示すユーザ入力を受信することであって、前記モデルフォームは、複数の要素を有する複数の行列を含み、前記複数の要素の１つ以上は、複数のパラメータについて定義されることと、
前記モデルフォームを解析して、一セットの潜在的パラメータ値に基づいて前記複数の要素の各々の値を決定する一シーケンスの機械実行可能工程を生成することと、
前記一シーケンスの機械実行可能工程を実行して前記複数のパラメータのための一セットのパラメータ値を生成することにより、システムモデルを特定することと、
前記特定されたシステムモデルの予測と前記建物の前記可変的な状態または状況の挙動との間の適合度を説明するグラフィカルユーザインタフェースを生成することと、
前記特定されたシステムモデルを使って前記建物機器を制御することと
を行うように構成される、建物管理システム。
【請求項２】
前記制御システムは、
前記一シーケンスの機械実行可能工程を使って複数セットの潜在的パラメータ値の各セットについての費用関数値を計算することであって、前記費用関数値は前記建物機器に関するトレーニングデータに基づいて計算されることと、
前記一セットのパラメータ値を、最低費用関数値に対応する前記潜在的パラメータ値のセットを選択することによって定義することと、
前記一セットのパラメータ値と前記一シーケンスの機械実行可能工程とを使って前記複数の要素の各々の値を計算することによって前記システムモデルを生成することと
によって、前記一シーケンスの機械実行可能工程を実行して、前記複数のパラメータのための前記一セットのパラメータ値を生成することにより、システムモデルを特定するように構成される、請求項１の建物管理システム。
【請求項３】
前記グラフィカルユーザインタフェースは、あり得る一群の費用関数からユーザが１つの費用関数を選択できるように構成され、
前記制御回路は、前記費用関数を使って計算された費用関数値を計算するように構成される、請求項２の建物管理システム。
【請求項４】
前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記トレーニングデータに関する好みをユーザが入力できるように構成され、
前記制御回路は、前記好みに基づいて前記トレーニングデータを変更するように構成される、請求項２の建物管理システム。
【請求項５】
前記グラフィカルユーザインタフェースは、ユーザが前記モデルフォームを編集して、編集されたモデルフォームを作成できるように構成され、
前記制御システムは、前記編集されたモデルフォームに基づいて、前記システムモデルを更新するように構成される、請求項１の建物管理システム。
【請求項６】
前記モデルフォームを示す前記ユーザ入力は、
複数の要素入力フィールドにおける複数のエントリであって、各要素入力フィールドは、前記複数の要素の１つに対応する複数のエントリと、
前記モデルフォームの入力の数、出力の数、または状態の数の１つ以上の表示と
を含む、請求項１の建物管理システム。
【請求項７】
前記制御システムは、前記特定されたシステムモデルをモデル予測制御手法に適用することによって前記建物機器のための制御信号を生成することにより、前記特定されたシステムモデルを使って前記建物機器を制御するように構成される、請求項１の建物管理システム。
【請求項８】
前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記特定されたシステムモデルの予測と前記建物の前記可変的な状態または状況の挙動との間の前記適合度を、将来への複数の工程の平均予測誤差のプロット、トレーニングセットの各点の予測ホライズン内の予測誤差の加重平均のプロット、または前記建物の前記可変的な状態または状況の前記挙動のプロットに重ねた前記システムモデルの前記予測のプロットを提供することにより説明する、請求項１の建物管理システム。
【請求項９】
前記建物機器は、ＨＶＡＣ機器、可変冷媒流量システム、またはエネルギー貯蔵システムの１つ以上を含む、請求項１の建物管理システム。
【請求項１０】
建物管理システム内で建物機器を制御する方法であって、
建物機器を動作させて、前記建物の可変的な状態または状況に影響を与える工程と、
制御システムにより、モデルフォームを示すユーザ入力を受信する工程であって、前記モデルフォームは複数の要素を有する複数の行列を含み、前記複数の要素の１つ以上は、複数のパラメータについて定義される工程と、
前記制御システムにより、前記モデルフォームを解析して、一セットの潜在的パラメータ値に基づいて前記複数の要素の各々の値を決定するための一シーケンスの機械実行可能工程を生成する工程と、
前記一シーケンスの機械実行可能工程を実行して前記複数のパラメータのための一セットのパラメータ値を生成することによってシステムモデルを特定する工程と、
前記特定されたシステムモデルの予測と前記建物の前記可変的な状態または状況の挙動との適合度を説明するグラフィカルユーザインタフェースを生成する工程と、
前記特定されたシステムモデルを使って前記建物機器を制御する工程と
を含む方法。
【請求項１１】
前記機械実行可能工程のシーケンスを実行して前記複数のパラメータのための一セットのパラメータ値を生成することによってシステムモデルを特定する工程は、
前記機械実行可能工程のシーケンスを使って複数セットの潜在的パラメータ値の各セットについての費用関数値を計算する工程であって、前記費用関数値は前記建物機器に関するトレーニングデータに基づいて計算される工程と、
最低費用関数値に対応する前記潜在的パラメータ値のセットを選択することにより、前記一セットのパラメータ値を定義する工程と、
前記一セットのパラメータ値と前記一シーケンスの機械実行可能工程とを使って、前記複数の要素の各々の前記値を計算することにより、前記システムモデルを生成する工程と
を含む、請求項１０の方法。
【請求項１２】
前記グラフィカルユーザインタフェースにより、あり得る一群の費用関数からユーザが１つの費用関数を選択することができ、
前記費用関数値は前記費用関数に基づいて計算される、請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記グラフィカルユーザインタフェースにより、前記トレーニングデータに関する好みをユーザが入力することができ、
前記方法は、前記好みに基づいて前記トレーニングデータを変更する工程を含む、
請求項１１の方法。
【請求項１４】
前記グラフィカルユーザインタフェースにより、ユーザが前記モデルフォームを編集して、編集されたモデルフォームを作成することができ、
前記方法は、前記制御システムにより、前記編集されたモデルフォームに基づいて、前記特定されたシステムモデルを更新する工程を含む、
請求項１０の方法。
【請求項１５】
前記モデルフォームを示す前記ユーザ入力は、
複数の要素入力フィールドにおける複数のエントリであって、各要素入力フィールドは、前記複数の要素の１つに対応する複数のエントリと、
前記モデルフォームの入力の数、出力の数、または状態の数のうちの１つ以上の表示と
を含む、請求項１０の方法。
【請求項１６】
前記特定されたシステムモデルを使って前記建物機器を制御する工程は、前記特定されたシステムモデルをモデル予測制御手法に適用することによって前記建物機器のための制御信号を生成する工程を含む、請求項１０の方法。
【請求項１７】
前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記特定されたシステムモデルの予測と前記建物の前記可変的な状態または状況の挙動との間の前記適合度を、将来への複数の工程の平均予測誤差のプロット、トレーニングセットの各点の予測ホライズン内の予測誤差の加重平均のプロット、または前記建物の前記可変的な状態または状況の前記挙動のプロットに重ねた前記システムモデルの前記予測のプロットを提供することにより説明する、請求項１０の方法。
【請求項１８】
前記建物機器は、ＨＶＡＣ機器、可変冷媒流量システム、またはエネルギー貯蔵システムの１つ以上を含む、請求項１０の方法。
【請求項１９】
建物管理システムであって、
建物の可変的な状態または状況に影響を与えるように動作可能な建物機器と、
グラフィカルユーザインタフェースを生成するように構成された制御システムと
を含み、
前記グラフィカルユーザインタフェースは
ユーザがモデルフォームの入力の数、出力の数、または状態の数のうちの１つまたは複数を明示できるようにする１つ以上の範囲入力フィールドと、
ユーザが前記モデルフォームの第１の行列の複数の要素の各々を、１つ以上の定数値、１つ以上の数学的演算、または１つ以上のパラメータのうちの１つ以上について定義できるようにする行列定義ウィジェットと、
ユーザが前記行列定義ウィジェットの中で前記モデルフォームの複数の追加の行列の各々のビューをナビゲートできるようにする行列リストであって、各ビューは、ユーザが前記追加の行列の１つのうちの要素を定義できるようにする行列リストと、
ユーザにより、前記制御システムに対して、
前記モデルフォームと、前記建物に関する一セットのトレーニングデータとに基づいて前記１つ以上のパラメータのための値を決定してシステムモデルを特定し、
前記グラフィカルユーザインタフェース上で、前記システムモデルを使って行われた予測と前記建物の前記可変的な状態または状況の測定された挙動との間の適合度の図表表現を提供する
ように命令するために選択可能である適合度ボタンと
を含み、
前記制御システムは、前記システムモデルに基づいて前記建物機器を制御するように構成される、建物管理システム。
【請求項２０】
前記グラフィカルユーザインタフェースは、前記１つ以上のパラメータのための値を決定するときに、前記制御システムが使用する費用関数をユーザが選択できるようにするアルゴリズム選択肢ウィジェットをさらに含む、請求項１９の建物管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１８年７月２０日出願の米国特許出願第１６／０４０，６９８号の利益および優先権を主張し、これは、参照によりその全体を本明細書に援用する。
【背景技術】
【０００２】
本開示は一般的には、建物機器に関し、より詳しくは、建物機器の制御に使用されるシステム特定に関する。
【０００３】
システム特定とは、建物機器を、例えばモデル予測制御アルゴリズムに基づいて制御するために使用できる、システム（ここでは、建物機器によりサービスが提供される建物）のモデルを決定することを指す。このようなシステムを左右する物理的現象は複雑で、非線的で、あまり理解されていないことが多いため、システム特定には、実際のシステムから測定され、記録されたデータに基づいてモデルパラメータを決定することにより、正確な予測モデルを生成する必要がある。さらに、モデルフォーム（すなわち、システム行列内のパラメータの配置により定義される入力および出力ベクトル間の関係）そのものが未知である可能性があり、そのため、正確な予測モデルを作成するためには、ある程度の推測または推量によって、それについてのパラメータを特定し得るモデルフォームを見つける必要がある。
【０００４】
従来の手法では、モデルフォームは典型的に、システム特定においてモデルパラメータ値を特定するべくソフトウェアパッケージにハードコードされる。しかしながら、多くの場合、モデルフォームは物理的システムを十分に表さず、正確なシステム特定につながらない。それゆえ、典型的な手法においてシステム特定が十分に正確なモデルに到達できないと、システム特定を担当する技術者は、ソースコードを開き、新しいモデルフォームの新しい演算表現を導き出し、ソフトウェアコードを書き直して、ソフトウェアを新しい演算に従うようにプログラムし、インストールして共用できるようにコードを再編集する必要がある。技術者は、十分に正確なモデルフォームが特定されるまで、これらの再プログラム工程を何度も繰り返さざるを得ない可能性がある。コードを繰返し書き直し、再編集を行う必要なく、モデルフォームの変更を容易にするシステム特定のためのシステムと方法であれば、システム特定における時間を大幅に節約し、システム特定を担当する技術者に必要な資格を緩和し、それ以外にも、システム特定に伴う費用と問題を軽減させ得る。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の１つの実施形態は建物管理システムに関する。本建物管理システムは、建物の可変的状態または状況に影響を与えるように動作可能な建物機器と、制御システムと、を含む。制御システムは、モデルフォームを示すユーザ入力を受信するように構成される。モデルフォームは、複数の要素を有する複数の行列を含む。複数の要素の１つまたは複数は、複数のパラメータの観点から定義される。制御システムはまた、モデルフォームを解析して、潜在的パラメータ値のセットに基づいて複数の要素の各々の値を決定するための機械実行可能工程のシーケンスを生成し、機械実行可能工程のシーケンスを実行して複数のパラメータのパラメータ値のセットを生成することによってシステムモデルを特定し、特定されたシステムモデルの予測と建物の可変的状態または状況の挙動との間の適合度を説明するグラフィカルユーザインタフェースを生成し、特定されたシステムモデルを使って建物機器を制御するように構成される。
【０００６】
いくつかの実施形態では、制御システムは、機械実行可能工程のシーケンスを実行して、機械実行可能工程のシーケンスを使って潜在的パラメータ値の複数のセットの各々についての費用関数値を計算することによって複数のパラメータのパラメータ値のセットを生成することにより、システムモデルを特定するように構成される。費用関数値は建物機器に関するトレーニングデータに基づいて計算される。制御システムはさらに、パラメータ値のセットを、最低費用関数値に対応する潜在的パラメータ値のセットを選択することによって定義し、パラメータ値のセットと機械実行可能工程のシーケンスとを使って複数の要素の各々の値を計算することによってシステムモデルを生成するように構成される。
【０００７】
いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースは、ユーザがあり得る費用関数の群から１つの費用関数を選択できるように構成される。制御回路は、費用関数を使って計算された費用関数値を計算するように構成される。いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースは、ユーザがトレーニングデータに関する好みを入力できるように構成される。制御回路は、好みに基づいてトレーニングデータを変更するように構成される。
【０００８】
いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースは、ユーザがモデルフォームを編集して、編集されたモデルフォームを作成できるように構成される。制御システムは、編集されたモデルフォームに基づいて、システムモデルを更新するように構成される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、モデルフォームを示すユーザ入力は、複数の要素入力フィールド内の複数のエントリを含む。各要素入力フィールドは、複数の要素のうちの１つに対応する。ユーザ入力はまた、モデルフォームの入力の数、出力の数、または状態の数のうちの１つまたは複数の表示も含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では、制御システムは、特定されたシステムモデルをモデル予測制御手法に適用することによって建物機器のための制御信号を生成することにより、特定されたシステムモデルを使って建物機器を制御するように構成される。
【００１１】
いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースは、将来への複数の工程の平均予測誤差のプロット、トレーニングセットの各点の予測ホライズン内の予測誤差の加重平均のプロット、または建物の可変的状態または状況の挙動のプロットに重ねたシステムモデルの予測のプロットを提供することにより、特定されたシステムモデルの予測と建物の可変的状態または状況の挙動との間の適合度を説明する。
【００１２】
いくつかの実施形態では、建物機器には、ＨＶＡＣ機器、可変冷媒流量システム、またはエネルギー貯蔵システムのうちの１つまたは複数が含まれる。
【００１３】
本開示の別の実施形態は、建物管理システム内で建物機器を制御する方法である。方法は、建物機器を動作させて、建物の可変的状態または状況に影響を与える工程と、制御システムにより、モデルフォームを示すユーザ入力を受信する工程を含む。モデルフォームは複数の要素を有する複数の行列を含む。複数の要素のうちの１つまたは複数は、複数のパラメータの観点から定義される。方法はまた、制御システムにより、モデルフォームを解析して、潜在的パラメータ値のセットに基づいて複数の要素の各々の値を決定するための機械実行可能工程のシーケンスを生成する工程と、機械実行可能工程のシーケンスを実行して、複数のパラメータのためのパラメータ値のセットを生成することによってシステムモデルを特定する工程と、特定されたシステムモデルの予測と建物の可変的状態または状況の挙動との間の適合度を説明するグラフィカルユーザインタフェースを生成する工程と、特定されたシステムモデルを使って建物機器を制御する工程と、を含む。
【００１４】
いくつかの実施形態では、機械実行可能工程のシーケンスを実行して複数のパラメータのパラメータ値のセットを生成することによってシステムモデルを特定する工程は、機械実行可能工程のシーケンスを使って潜在的パラメータ値の複数のセットの各々の費用関数値を計算する工程を含む。費用関数値は、建物機器に関するトレーニングデータに基づいて計算される。方法はまた、最低費用関数値に対応する潜在的パラメータ値のセットを選択することにより、パラメータ値のセットを定義する工程と、パラメータ値のセットと機械実行可能工程のシーケンスとを使って、複数の要素の各々の値を計算することにより、システムモデルを生成する工程と、を含む。
【００１５】
いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースにより、ユーザはあり得る費用関数の群から１つの費用関数を選択することができる。費用関数値は、費用関数に基づいて計算される。いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースにより、ユーザはトレーニングデータに関する好みを入力することができる。方法は、好みに基づいてトレーニングデータを変更する工程を含む。
【００１６】
いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースにより、ユーザはモデルフォームを編集して、編集されたモデルフォームを作成することができる。方法は、制御システムにより、編集されたモデルフォームに基づいて、特定されたシステムモデルを更新する工程を含む。
【００１７】
いくつかの実施形態において、特定されたシステムモデルを使って建物機器を制御する工程は、特定されたシステムモデルをモデル予測制御手法に適用することにより、建物機器のための制御信号を生成する工程を含む。
【００１８】
いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースは特定されたシステムモデルの予測と建物の可変的状態または状況の挙動との間の適合度を、将来への複数のステップの平均予測誤差のプロット、トレーニングセットの各点の予測ホライズン内の予測誤差の加重平均のプロット、または建物の可変的状態または状況の挙動のプロットに重ねたシステムモデルの予測のプロットを提供することによって説明する。
【００１９】
いくつかの実施形態において、建物機器にはＨＶＡＣ機器、可変冷媒流量システム、またはエネルギー貯蔵システムのうちの１つまたは複数が含まれる。
【００２０】
本開示の他の実施形態は、建物管理システムである。本建物管理システムは、建物の可変的状態または状況に影響を与えるように動作可能な建物機器と、グラフィカルユーザインタフェースを生成するように構成された制御システムを含む。グラフィカルユーザインタフェースは、ユーザがモデルフォームの入力の数、出力の数、または状態の数のうちの１つまたは複数を明示できるようにする１つまたは複数の範囲入力フィールド、ユーザがモデルフォームの第１の行列の複数の要素の各々を、１つまたは複数の定数値、１つまたは複数の数学的演算、または１つまたは複数のパラメータのうちの１つまたは複数の観点から定義できるようにする行列定義ウィジェット、およびユーザが行列定義ウィジェットの中でモデルフォームの複数の追加の行列の各々のビューをナビゲートできるようにする行列リストを含む。各ビューにより、ユーザは追加の行列のうちの１つのうちの要素を定義できる。グラフィカルユーザインタフェースは、適合度ボタンも含む。適合度ボタンは、ユーザにより、制御システムに対して、モデルフォームと建物に関するトレーニングデータのセットとに基づいて１つまたは複数のパラメータ値を決定してシステムモデルを特定し、グラフィカルユーザインタフェース上で、システムモデルを使って行われた予測と建物の可変的状態または状況の測定された挙動との間の適合度の図表表現を提供するように命令するために選択可能である。制御システムは、システムモデルに基づいて建物機器を制御するように構成される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースは、ユーザが１つまたは複数のパラメータ値を決定する際に、制御システムが使用する費用関数を選択できるようにするアルゴリズム選択肢ウィジェットを含む。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】例示的実施形態によるＨＶＡＣシステムを備えた建物の図である。
【図２】例示的実施形態による可変冷媒流量システムの第１の図である。
【図３】例示的実施形態による可変冷媒流量システムの第２の図である。
【図４】例示的実施形態による可変冷媒流量システムの詳細なブロック図である。
【図５】例示的実施形態によるエネルギー貯蔵システムを備えた中央プラントのブロック図である。
【図６】例示的実施形態による建物における熱伝達のブロック図である。
【図７】例示的実施形態による図６の建物の回路様式の図である。
【図８】例示的実施形態による、図１のＨＶＡＣシステム、図２〜４の可変冷媒流量システム、および／または図５の中央プラントのための制御システムのブロック図である。
【図９】例示的実施形態による図８の制御システムにより実行可能なオンライン構成可能システム特定のためのプロセスのフローチャートである。
【図１０】例示的実施形態による図８の制御システムにより生成されるグラフィカルユーザインタフェースの第１の図である。
【図１１】例示的実施形態による図８の制御システムにより生成されるグラフィカルユーザインタフェースの第２の図である。
【図１２】例示的実施形態による図８の制御システムにより生成されるグラフィカルユーザインタフェースの第３の図である。
【図１３】例示的実施形態による図８の制御システムにより生成されるグラフィカルユーザインタフェースの第４の図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
概して図面を参照すると、例示的実施形態によるオンライン構成可能システム特定のためのシステムと方法が示されている。以下に詳細に述べるように、本明細書に記載のシステムと方法はユーザが、建物システムの空間状態モデルのためのモデルフォームを、直感的なグラフィカルユーザインタフェース内で入力、編集し、制御システムに、そのモデルフォームに基づいて建物システムのモデルを特定するためのパラメータの最適値を決定するように命令し、システムモードを使って行われた予測が建物システムの実際の挙動にどれだけよく適合するかの図表表現を見ることができるようにする。すると、システムモデルはモデル予測コントローラにおいて直接適用されて、技術者がソースコードを編集する必要なく、システムモデルに基づいて建物機器が制御され得る。本明細書に記載のシステムと方法はそれによって、システム特定の実質的な時間を節約し、システム特定を担当する技術者に必要な資格を緩和し得る。それによって、システム特定に伴う費用と非効率さが大幅に軽減され、システムモデルの容易なインストールと効率的な編集および更新が容易となる。
【００２４】
建物機器
ここで、図１〜５を参照すると、例示的実施形態による各種の建物機器が示されている。建物機器とは、単独で、またはその他の機器と組み合わせて、例えば建物の可変的状態または状況（例えば、温度、気流、湿度、照明など）に影響を与えるように動作可能なあらゆる機器、デバイスなどを指し、これには他の機器が使用するエネルギーを生成または貯蔵することが含まれる。本明細書で図示し、説明する実施形態は、図１に示される暖房、換気、および冷房（ＨＶＡＣ）システム、図２〜４に示される可変冷媒流量（ＶＲＦ）システム、および図５に示される中央プラントを含む。これらのシステムおよびその他の建物機器の変更および組合せも本開示の範囲に含まれると理解すべきである。
【００２５】
建物ＨＶＡＣシステム
図１を参照すると、建物１０の斜視図が示される。建物１０は建物管理システム（ＢＭＳ）によりサービスが提供される。ＢＭＳは、一般的には、建物または建物領域内のまたはその周囲の機器を制御、監視、および管理するように構成されるデバイス群のシステムである。ＢＭＳは例えば、ＨＶＡＣシステム、セキュリティシステム、照明システム、火事警報システム、建物機能またはデバイスを管理することができる任意の他のシステム、または任意の組合せを含み得る。
【００２６】
建物１０にサービスを提供するＢＭＳはＨＶＡＣシステム１００を含む。ＨＶＡＣシステム１００は、建物１０への暖房、冷房、換気または他のサービスを提供するように構成された多数のＨＶＡＣデバイス（例えば、加熱機、冷凍機、空気処理ユニット、ポンプ、ファン、熱エネルギー貯蔵など）を含み得る。例えば、ＨＶＡＣシステム１００は、水供給側システム１２０および空気供給側システム１３０を含むように示されている。水供給側システム１２０は、空気供給側システム１３０の空気処理ユニットに加熱または冷却流体を提供することができる。空気供給側システム１３０は、加熱または冷却流体を使用して、建物１０に提供される気流を加熱または冷却することができる。
【００２７】
ＨＶＡＣシステム１００は、冷凍機１０２、ボイラ１０４および屋上空気処理ユニット（ＡＨＵ）１０６を含むように示されている。水供給側システム１２０は、ボイラ１０４および冷凍機１０２を使用して動作流体（例えば、水、グリコールなど）を加熱または冷却することができ、動作流体をＡＨＵ  １０６まで循環させることができる。様々な実施形態では、水供給側システム１２０のＨＶＡＣデバイスは、建物１０内または建物１０の周りに位置することも（図１に示されるように）、中央プラントなどの現場を離れた場所に位置することも（例えば、冷却プラント、蒸気プラント、熱プラントなど）可能である。動作流体は、建物１０において暖房が必要かまたは冷房が必要かに応じて、ボイラ１０４で加熱することも、冷凍機１０２で冷却することもできる。ボイラ１０４は、可燃性物質（例えば、天然ガス）を燃やすことによってまたは電熱要素を使用することによって循環流体に熱を加えることができる。冷凍機１０２は、循環流体から熱を吸収するために、循環流体と熱交換器（例えば、蒸発器）内の別の流体（例えば、冷媒）とを熱交換関係に置くことができる。冷凍機１０２および／またはボイラ１０４からの動作流体は、配管１０８を介してＡＨＵ  １０６に輸送することができる。
【００２８】
ＡＨＵ  １０６は、動作流体とＡＨＵ  １０６中を流れる気流とを熱交換関係に置くことができる（例えば、冷却コイルおよび／または加熱コイルの１つまたは複数の段を介して）。気流は、例えば、外気、建物１０内からの還気または両方の組合せであり得る。ＡＨＵ  １０６は、気流に対する加熱または冷却を提供するために、気流と動作流体との間で熱を伝達することができる。例えば、ＡＨＵ  １０６は、動作流体を含む熱交換器上または熱交換器中で気流を通過させるように構成された１つまたは複数のファンまたはブロワを含み得る。次いで、動作流体は、配管１１０を介して、冷凍機１０２またはボイラ１０４に戻ることができる。
【００２９】
空気供給側システム１３０は、供給ダクト１１２を介して、ＡＨＵ  １０６によって供給された気流（すなわち、給気流）を建物１０に送ることができ、還気ダクト１１４を介して、建物１０からＡＨＵ  １０６に還気を提供することができる。いくつかの実施形態では、空気供給側システム１３０は、複数の可変空気量（ＶＡＶ）ユニット１１６を含む。例えば、空気供給側システム１３０は、建物１０の各階またはゾーンに別個のＶＡＶユニット１１６を含むように示されている。ＶＡＶユニット１１６は、建物１０の個々のゾーンに提供される給気流の量を制御するように動作することができるダンパまたは他のフロー制御要素を含み得る。他の実施形態では、空気供給側システム１３０は、中間ＶＡＶユニット１１６または他のフロー制御要素を使用することなく、給気流を建物１０の１つまたは複数のゾーンに送る（例えば、供給ダクト１１２を介して）。ＡＨＵ  １０６は、給気流の属性を測定するように構成された様々なセンサ（例えば、温度センサ、圧力センサなど）を含み得る。ＡＨＵ  １０６は、建物ゾーンのセットポイント条件を達成するために、ＡＨＵ  １０６内および／または建物ゾーン内に位置するセンサから入力を受信し、ＡＨＵ  １０６中の給気流の流速、温度または他の属性を調整することができる。
【００３０】
ＨＶＡＣシステム１００はそれによって建物１０の暖房と冷房を提供する。建物１０はまた、建物１０内の室内気温以外の熱伝達源も含んでいてよい。建物質量（例えば、壁、床、家具）は、蓄熱し、熱伝達することによって建物１０の室内気温に影響を与える（例えば、室内気温が建物質量の温度より低い場合、熱は建物質量から室内空気へと伝わる）。人間、電子機器、その他の器具など（「熱負荷」という）もまた、体温、電気抵抗などを通じて建物１０に熱を貢献する。追加的に、室外気温は、建物１０に熱を付与し、または引き出すことによって、建物１０内の温度に影響を与える。
【００３１】
ＨＶＡＣシステム１００はまた、制御システム１５０を含む。制御システム１５０は、ＨＶＡＣシステム１００と建物１０に関するデータ（例えば、室内気温、室外気温など）を受信し、ＨＶＡＣシステム１００を制御して建物１０を暖房および／または冷房するための制御信号を生成する。制御システム１５０は、図６〜１３に関して詳しく説明するように、オンライン構成可能システム特定のために構成されてもよい。
【００３２】
可変冷媒流量システム
次に、図２〜３を参照すると、建物２０１にサービスを提供する、いくつかの実施形態による可変冷媒流量（ＶＲＦ）システム２００が示されている。ＶＲＦシステム２００は、１つまたは複数の室外ＶＲＦユニット２０２と複数の室内ＶＲＦユニット２０４を含むように示されている。室外ＶＲＦユニット２０２は、建物外に位置し得、冷媒を加熱または冷却するように動作し得る。室外ＶＲＦユニット２０２は、液相、気相、および／または過熱気相（ｓｕｐｅｒ−ｈｅａｔｅｄ  ｇａｓ  ｐｈａｓｅ）間で冷媒を変換するために電気を消費し得る。室内ＶＲＦユニット２０４は建物内の様々な建物ゾーン全体にわたって分散され得、加熱または冷却された冷媒を室外ＶＲＦユニット２０２から受け取り得る。各室内ＶＲＦユニット２０４は、室内ＶＲＦユニット２０４が位置する特定の建物ゾーンの温度制御を提供し得る。用語「室内」は、室内ＶＲＦユニット２０４が通常は建物内に位置するということを表すために使用されるが、いくつかのケースでは、１つまたは複数の室内ＶＲＦユニットが例えばパティオ、入口通路、歩道などを加熱／冷却するために「室外」（すなわち建物外に）位置する。
【００３３】
ＶＲＦシステム２００の１つの利点は、他の室内ＶＲＦユニット２０４が加熱モードで動作する一方でいくつかの室内ＶＲＦユニット２０４が冷却モードで動作し得るということである。例えば、室外ＶＲＦユニット２０２および室内ＶＲＦユニット２０４のそれぞれは加熱モード、冷却モード、またはオフモードで動作し得る。各建物ゾーンは独立に制御され得、様々な温度設定点を有し得る。いくつかの実施形態では、各建物は、建物外（例えば屋上）に位置する最大３つの室外ＶＲＦユニット２０２と、建物全体にわたって（例えば様々な建物ゾーン内に）分散される最大１２８個の室内ＶＲＦユニット２０４とを有する。建物ゾーンは、他の可能性もあるが、アパートユニット、オフィス、小売りスペース、および共用領域を含み得る。いくつかのケースでは、様々な建物ゾーンは、多様なテナントにより所有される、リースされる、またはそうでなければ占有され、すべてＶＲＦシステム２００によりサービスされる。
【００３４】
多くの様々な構成がＶＲＦシステム２００には存在する。いくつかの実施形態では、ＶＲＦシステム２００は、各室外ＶＲＦユニット２０２が単一冷媒戻りラインと単一冷媒出口ラインとへ接続する二重配管システムである。二重配管システムでは、室外ＶＲＦユニット２０２のすべては、加熱された冷媒または冷却された冷媒のうちの一方だけが単一冷媒出口ラインを介し供給され得るので、同じモードで動作し得る。他の実施形態では、ＶＲＦシステム２００は、各室外ＶＲＦユニット２０２が冷媒戻りライン、温熱冷媒出口ライン、および冷熱冷媒出口ラインへ接続する三重配管システムである。三重配管システムでは、加熱と冷却の両方がデュアル冷媒出口ラインを介し同時に提供され得る。三重配管ＶＲＦシステム２００の例は図４を参照し詳細に説明される。
【００３５】
次に図４を参照すると、ＶＲＦシステム２００を示すブロック図がいくつかの実施形態に従って示される。ＶＲＦシステム２００は、室外ＶＲＦユニット２０２、いくつかの熱回収ユニット２０６、およびいくつかの室内ＶＲＦユニット２０４を含むように示される。室外ＶＲＦユニット２０２は、コンプレッサ２０８、ファン２１０、または液相、気相、および／または加熱気相間で冷媒を変換するように構成された他の電力消費冷却部品を含み得る。室内ＶＲＦユニット２０４は建物内の様々な建物ゾーン全体にわたって分散され得、加熱または冷却された冷媒を室外ＶＲＦユニット２０２から受け取り得る。各室内ＶＲＦユニット２０４は、室内ＶＲＦユニット２０４が位置する特定の建物ゾーンの温度制御を提供し得る。熱回収ユニット２０６は、室外ＶＲＦユニット２０２と室内ＶＲＦユニット２０４との間の冷媒の流れを（例えばバルブを開閉することにより）制御し得、室外ＶＲＦユニット２０２によりサービスされる加熱または冷却負荷を最小化し得る。
【００３６】
室外ＶＲＦユニット２０２はコンプレッサ２０８および熱交換器２１２を含むように示される。コンプレッサ２０８は冷媒を熱交換器２１２と室内ＶＲＦユニット２０４との間で循環する。コンプレッサ２０８は室外ユニット制御回路２１４により制御される可変周波数で動作する。高周波では、コンプレッサ２０８はより大きな伝熱容量を室内ＶＲＦユニット２０４に与える。コンプレッサ２０８の消費電力はコンプレッサ周波数に比例して増加する。
【００３７】
熱交換器２１２は、ＶＲＦシステム２００が冷却モードで動作するときは凝縮器（冷媒が熱を外気へ廃棄し得るようにする）としてまたはＶＲＦシステム２００が加熱モードで動作するときには蒸発器（冷媒が外気から熱を吸収し得るようにする）として機能し得る。ファン２１０は熱交換器２１２を介し気流を供給する。ファン２１０の速度は熱交換器２１２内の冷媒へのまたはそれからの伝熱速度を変調するように調整され得る（例えば室外ユニット制御回路２１４により）。
【００３８】
各室内ＶＲＦユニット２０４は熱交換器２１６および膨張バルブ２１８を含むように示される。熱交換器２１６のそれぞれは、室内ＶＲＦユニット２０４が加熱モードで動作するときは凝縮器（冷媒が熱を部屋またはゾーン内の大気へ廃棄し得るようにする）としてまたは室内ＶＲＦユニット２０４が冷却モードで動作するときには蒸発器（冷媒が部屋またはゾーン内の大気から熱を吸収し得るようにする）として機能し得る。ファン２２０は熱交換器２１６を介し気流を供給する。ファン２２０の速度は熱交換器２１６内の冷媒へのまたはそれからの伝熱速度を変調するように調整され得る（例えば室内ユニット制御回路２２２により）。
【００３９】
図４では、室内ＶＲＦユニット２０４は冷却モードで動作するように示される。冷却モードでは、冷媒は冷却ライン２２４を介し室内ＶＲＦユニット２０４へ供給される。冷媒は、膨張バルブ２１８により冷たい低圧状態へ膨張され、そして建物内の部屋またはゾーンから熱を吸収するために熱交換器２１６（蒸発器として機能する）を貫流する。次に、加熱された冷媒は戻りライン２２６を介し室外ＶＲＦユニット２０２へ逆流し、コンプレッサ２０８により熱い高圧状態に圧縮される。圧縮された冷媒は、熱交換器２１２（凝縮器として機能する）を貫流し、熱を外気へ廃棄する。冷却された冷媒は冷却ライン２２４を介し室内ＶＲＦユニット２０４へ戻すことができる。冷却モードでは、流量調節バルブ２２８が閉じられ得、膨張バルブ２３０は完全に開放され得る。
【００４０】
加熱モードでは、冷媒は加熱ライン２３２を介し熱い状態の室内ＶＲＦユニット２０４へ供給される。温熱冷媒は、熱交換器２１６（凝縮器として機能する）を貫流し、熱を建物の部屋またはゾーン内の大気へ廃棄する。次に、冷媒は、冷却ライン２２４を介し室外ＶＲＦユニット（図２に示す流れ方向とは反対方向）へ逆流する。冷媒は膨張バルブ２３０により冷たい低圧状態へ膨張され得る。膨張された冷媒は熱交換器２１２（蒸発器として機能する）を貫流し、外気から熱を吸収する。加熱された冷媒は、コンプレッサ２０８により圧縮され、熱い圧縮状態の加熱ライン２３２を介し室内ＶＲＦユニット２０４へ戻すことができる。加熱モードでは、流量調節バルブ２２８は、コンプレッサ２０８からの冷媒が加熱ライン２３２に流入し得るように完全に開放され得る。
【００４１】
図４に示すように、各室内ＶＲＦユニット２０４は室内ユニット制御回路２２２を含む。室内ユニット制御回路２２２は、建物ゾーン温度設定点に応答して、または建物ゾーンへ加熱／冷却を提供する他の要求に応答してファン２２０および膨張バルブ２１８を含む室内ＶＲＦユニット２０４の部品の動作を制御する。例えば、室内ユニット制御回路２２２はファン２２０をオン／オフする信号を生成し得る。室内ユニット制御回路２２２はまた、室内ＶＲＦユニット２０４により必要とされる伝熱容量とこの容量に対応するコンプレッサ２０８の周波数とを判断する。室内ＶＲＦユニット２０４がある容量の加熱または冷却を提供しなければならないということを室内ユニット制御回路２２２が判断すると、室内ユニット制御回路２２２は、必要とされる容量に対応するコンプレッサ周波数を含むコンプレッサ周波数要求を生成し、これを室外ユニット制御回路２１４へ送信する。
【００４２】
室外ユニット制御回路２１４は、１つまたは複数の室内ユニット制御回路２２２からコンプレッサ周波数要求を受信し、次に例えばこれらのコンプレッサ周波数要求を合計することによりコンプレッサ全周波数に集約する。いくつかの実施形態では、コンプレッサ周波数は上限を有し、コンプレッサ全周波数が上限を越えることができないようにする。室外ユニット制御回路２１４は、例えばコンプレッサのＤＣインバータコンプレッサモータに与えられる入力周波数としてコンプレッサ全周波数をコンプレッサへ提供する。したがって、室内ユニット制御回路２２２および室外ユニット制御回路２１４は共同して、加熱／冷却要求に整合するようにコンプレッサ周波数を変調する。室外ユニット制御回路２１４はまた、流量調節バルブ２２８および膨張バルブ２３０のバルブ位置、コンプレッサ電力設定点、冷媒流量設定点、冷媒圧力設定点（例えば圧力センサ２３６により測定される圧力の差圧設定点）、オン／オフ命令、ステージング（ｓｔａｇｉｎｇ）命令を制御する信号、またはコンプレッサ２０８の動作に影響を与える他の信号、およびファン速度設定点、ファン電力設定点、気流設定点、オン／オフ命令、またはファン２１０の動作に影響を与える他の信号を含むファン２１０へ提供される制御信号を生成し得る。
【００４３】
室内ユニット制御回路２２２および室外ユニット制御回路２１４は、制御回路２１４、２２２により生成されるまたはそれへ提供される１つまたは複数の制御信号のデータ履歴を提供および／または格納し得る。例えば、室内ユニット制御回路２２２は、生成されたコンプレッサ要求周波数、ファンオン／オフ時間および室内ＶＲＦユニット２０４オン／オフ時間のログを提供および／または格納し得る。室外ユニット制御回路２１４は、コンプレッサ要求周波数および／またはコンプレッサ全周波数およびコンプレッサランタイムのログを格納および／または提供し得る。
【００４４】
ＶＲＦシステム２００は、室外メータ２５２および室内メータ２５４を介しエネルギーグリッド２５０により供給される電力で動作するものとして示される。様々な実施形態によると、エネルギーグリッド２５０は、電力の任意の供給源（例えば公益事業会社により維持され、１つまたは複数の電力プラントにより電力が供給される電気グリッド）である。室外メータ２５２は、室外ＶＲＦユニット２０２の時間の経過に伴う消費電力を例えばキロワット時（ｋＷｈ）で測定する。室内メータ２５４は室内ＶＲＦユニット２０４の時間の経過に伴う消費電力を例えばｋＷｈで測定する。ＶＲＦシステム２００は、電力を供給する公益事業会社により課金されるエネルギー消費費用を室外メータ２５２および／または室内メータ２５４の測定消費電力に基づき発生する。電力の価格（例えばｋＷｈ当たりドル）は時間の経過に伴って変動し得る。
【００４５】
ＶＲＦシステム２００はまた、制御システム１５０を含む。制御システム１５０は、ＶＲＦシステム２００の動作を制御する（例えば、室内ユニット制御回路２２２と室外ユニット制御回路２１４を調整することによる）制御信号を生成する。制御システム１５０は、モデル予測制御手法を使用してもよい。図６〜１３を参照し以下に詳細に説明するように、制御システム１５０は図６〜１３を参照し以下に詳細に説明するオンライン構成可能システム特定のために構成されてもよい。
【００４６】
エネルギー貯蔵システムを備えた中央プラント
次に、図５を参照すると、例示的実施形態によるエネルギー貯蔵システム５００のブロック図が示されている。エネルギー貯蔵システム５００は、建物５０２を含むように示されている。建物５０２は、図１を参照し説明されるような建物１０と同じまたは同様であってもよい。例えば、建物５０２は、ＨＶＡＣシステムおよび／または建物５０２内の状況を制御するように動作する建物管理システムを備え得る。いくつかの実施形態では、建物５０２は、エネルギー貯蔵システム５００がサービスを提供する複数の建物を含む（すなわち、キャンパス）。建物５０２は、例えば温熱エネルギー（例えば、湯水）、冷熱エネルギー（例えば、冷水）、および／または電気エネルギーを含む各種の資源を要求し得る。資源は、建物５０２内の機器もしくはサブシステムによって、または建物５０２のためにサービス（例えば、暖房、冷房、空気循環、照明、電気など）を提供する外部システムにより要求され得る。エネルギー貯蔵システム５００は、建物５０２に関連する資源需要を満たすように動作する。
【００４７】
エネルギー貯蔵システム５００は、複数の公益事業５１０を含むように示されている。公益事業５１０は、エネルギー貯蔵システム５００に、電気、水、天然ガス、またはエネルギー貯蔵システム５００が建物５０２の需要を賄うために使用できる他のあらゆる資源などの資源を提供してもよい。例えば、公益事業５１０は、電気供給施設５１１、水道提供施設５１２、天然ガス提供施設５１３、および提供施設Ｍ  ５１４を含むように示されており、Ｍは公益事業５１０の総数である。いくつかの実施形態では、公益事業５１０は商品供給者であり、そこから資源およびその他の種類の商品を購買できる。公益事業５１０から購買される資源は、発生器サブプラント５２０により、資源（例えば、湯水、冷水、電気、蒸気など）を生成するために使用でき、後の使用のために貯蔵サブプラント５３０に貯蔵し、または建物５０２に直接提供できる。例えば、公益事業５１０は電気を建物５０２と貯蔵サブプラント５３０に直接提供しているように示されている。
【００４８】
エネルギー貯蔵システム５００は、複数の発生器サブプラント５２０を含むように示されている。いくつかの実施形態では、発生器サブプラント５２０は中央プラント（例えば、中央プラント１１８）の構成要素である。発生器サブプラント５２０は、ヒータサブプラント５２１、冷凍機サブプラント５２２、熱回収冷凍機サブプラント５２３、蒸気サブプラント５２４、電気サブプラント５２５、およびサブプラントＮを含むように示されており、Ｎは発生器サブプラント５２０の総数である。発生器サブプラント５２０は、発生器サブプラント５２０内の機器の動作により１つまたは複数の入力資源を１つまたは複数の出力資源へと変換するように構成され得る。例えば、ヒータサブプラント５２１は、電気または天然ガスを使って水を加熱することにより、温熱エネルギー（例えば、湯水）を発生するように構成され得る。冷凍機サブプラント５２２は、電気を使って水を冷やすことにより、冷熱エネルギー（例えば、冷水）を発生するように構成されてもよい。熱回収冷凍機サブプラント５２３は、１つの給水から除熱し、他の給水を加熱することにより、温熱エネルギーと冷熱エネルギーを発生するように構成され得る。蒸気サブプラント５２４は、電気または天然ガスを使って水を沸騰させることにより蒸気を発生するように構成され得る。電気サブプラント５２５は、機械的発電機（例えば、蒸気タービン、ガス燃料発電機など）または他の種類の発電機器（例えば、光起電機器、水力発電機器など）を使って電気を発生するように構成され得る。
【００４９】
発生器サブプラント５２０により使用される入力資源は、公益事業５１０により提供され、貯蔵サブプラント５３０から引き出され、および／または他の発生器サブプラント５２０から発生され得る。例えば、蒸気サブプラント５２４は、蒸気を出力資源として生産し得る。電気サブプラント５２５は蒸気タービンを含み得、これは蒸気サブプラント５２４により発生された蒸気を入力資源として使って電気を発生する。発生器サブプラント５２０により生産された出力資源は、貯蔵サブプラント５３０に貯蔵され、建物５０２に提供され、エネルギー購買者５０４により販売され、および／またはその他の発生器サブプラント５２０により使用され得る。例えば、電気サブプラント５２５により発生された電気は、電気エネルギー貯蔵部５３３に貯蔵され、冷凍機サブプラント５２２により、冷熱エネルギーを発生するために使用され、建物５０２に提供され、および／またはエネルギー購買者５０４に販売され得る。
【００５０】
エネルギー貯蔵システム５００は、貯蔵サブプラント５３０を含むように示されている。いくつかの実施形態では、貯蔵サブプラント５３０は中央プラント（例えば、中央プラント１１８）の構成要素である。貯蔵サブプラント５３０は、後の使用に備えてエネルギーおよびその他の種類の資源を貯蔵するように構成され得る。貯蔵サブプラント５３０の各々は、異なる種類の資源を貯蔵するように構成され得る。例えば、貯蔵サブプラント５３０は、温熱エネルギー貯蔵部５３１（例えば、１つまたは複数の湯水貯蔵タンク）、冷熱エネルギー貯蔵部５３２（例えば、１つまたは複数の低温エネルギー貯蔵タンク）、電気エネルギー貯蔵部５３３（例えば、１つまたは複数のバッテリ）、および種類Ｐ資源貯蔵部５３４を含むように示され、Ｐは貯蔵サブプラント５３０の総数である。サブプラント５３０に貯蔵される資源は、公益事業５１０から直接購買され、または発生器サブプラント５２０により発生され得る。
【００５１】
いくつかの実施形態では、貯蔵サブプラント５３０は、価格型デマンドレスポンス（ＰＢＤＲ）プログラムを利用するためにエネルギー貯蔵システム５００により使用される。ＰＢＤＲプログラムは、発生、輸送、配給費用が高いときに消費者に消費を減らすように促す。ＰＢＤＲプログラムは典型的に（例えば、公益事業５１０により）時期に応じて変化するエネルギー価格の形態で実装される。例えば、公益事業５１０は、使用量がピークの時間帯に電気の単価を上げて、ピーク時の電気消費量を減少させ得る。いくつかの公益事業はまた、所定のデマンド料金期間中いつでも、電気の最大消費量に基づいて別のデマンド料金を消費者に課金する。
【００５２】
有利な点として、サブプラント５３０にエネルギーおよびその他の種類の資源を貯蔵することにより、資源が相対的に安価であるとき（例えば、電力使用量非ピーク時間帯）に資源を購買し、資源が比較的高価であるとき（例えば、電気使用量ピーク時間帯）に使用するために貯蔵できる。資源をサブプラント５３０に貯蔵することにより、建物５０２の資源需要を時間的にずらすこともできる。例えば、暖房または冷却の需要が低いときに資源を公益事業５１０から購買し、すぐに発生器サブプラント５２０により温熱または冷熱エネルギーに変換できる。熱エネルギーは貯蔵サブプラント５３０に貯蔵し、暖房または冷房に対する需要が高くなったらいつでも取り出すことができる。これによって、エネルギー貯蔵システム５００は、建物５０２の資源需要を平滑化し、発生器サブプラント５２０に必要な最大能力を低減化させることができる。需要を平滑化することにより、エネルギー貯蔵ステム５００がピーク電力消費を減らすことも可能となり、その結果、デマンド料金も安くなる。
【００５３】
いくつかの実施形態では、貯蔵サブプラント５３０は、インセンティブ型デマンドレスポンス（ＩＢＤＲ）プログラムを利用するためにエネルギー貯蔵システム５００により使用される。ＩＢＤＲプログラムは、エネルギーを貯蔵し、エネルギーを生成し、または要求に応じてエネルギー使用量を削減する能力を有する顧客に対してインセンティブを提供する。インセンティブは典型的に、公共事業５１０により、または独立した便益事業者（ＩＳＯ）により支払われる金銭収入の形態で提供される。ＩＢＤＲプログラムは、伝統的な公共事業が所有する生成、輸送、および配給資産を、需要負荷曲線を変化させる追加の選択肢で補う。例えば、貯蔵エネルギーは、公共事業５１０により生成されたエネルギーを補足するためにエネルギー購買者５０４（例えば、エネルギーグリッド）に販売できる。いくつかの例では、ＩＢＤＲプログラムに参加することに対するインセンティブは、パワー出力／消費の変更要求にシステムがどれだけ迅速に応答できるかに基づいて異なる。より速い応答にはより高レベルの報酬となり得る。有利な点として、電気エネルギー貯蔵部５３３により、システム５００は、貯蔵電気エネルギーをエネルギー購買者５０４に高速で放出することによって電力要求に素早く応答できる。
【００５４】
依然として図５を参照すると、エネルギー貯蔵システム５００は、制御システム１５０を含むように示されている。図５の実施形態では、制御システム１５０は、エネルギー貯蔵システム５００の中の資源の配給、生産、貯蔵、および利用を制御するように構成され得る。いくつかの実施形態では、制御システム１５０は最適化期間内の各タイムステップについての制御決定の最適なセットを決定するための最適化プロセスを実行する。制御決定には例えば、公共事業５１０から購買すべき各資源の最適量、発生器サブプラント５２０を使って生産または変換すべき各資源の最適量、貯蔵サブプラント５３０に貯蔵し、またはそこから取り出すべき各資源の最適量、エネルギー購買者５０４に販売すべき各資源の最適量、および／または建物５０２に提供すべき各資源の最適量を含み得る。いくつかの実施形態では、制御決定は、発生器サブプラント５２０の各々に関する各入力資源および出力資源の最適量を含む。
【００５５】
制御システム１５０は、最適化期間の持続時間にわたり、エネルギー貯蔵システム５００を稼働させる経済的価値を最大化するように構成され得る。経済的価値は、制御システム１５０により下される制御決定に応じて経済的価値を表現する価値関数により定義され得る。価値関数は、公益事業５１０から購買する資源の費用、エネルギー購買者５０４へ資源を販売することにより生じる収益、およびエネルギー貯蔵システム５００を稼働させる費用を考慮し得る。いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵システム５００を稼働させる費用は、電気エネルギー貯蔵部５３３の充放電によるバッテリ容量の損失のための費用を含む。エネルギー貯蔵システム５００を稼働させる費用はまた、最適化期間中の過剰な機器の始動／停止の費用も含み得る。
【００５６】
各サブプラント５２０〜５３０は、エネルギー貯蔵システム５００のパフォーマンスを最適化するために制御システム１５０により制御できる機器を含み得る。サブプラント機器は例えば、加熱装置、冷凍機、熱回収熱交換器、冷却塔、エネルギー貯蔵装置、ポンプ、バルブ、および／またはサブプラント５２０〜５３０のその他の装置を含み得る。発生器サブプラント５２０の個々の装置は、各発生器サブプラントの資源生産を調整するためにオンまたはオフにすることができる。いくつかの実施形態では、発生器サブプラント５２０の個別の装置は制御システム１５０から受け取った稼働セットポイントに応じた可変容量で稼働させることができる（例えば、冷却装置を１０％の能力または６０％の能力で稼働させる）。
【００５７】
いくつかの実施形態では、サブプラント５２０〜５３０の１つまたは複数は、対応するサブプラントの機器を制御するように構成されたサブプラントレベルコントローラを含む。例えば、制御システム１５０は、サブプラント機器のためのオン／オフ状態と全体的稼働セットポイントを決定し得る。オン／オフ状態と受け取った全体的稼働セットポイントに応答して、サブプラントコントローラはそのそれぞれの機器の個別の装置をオンまたはオフにし、全体的稼働セットポイントに到達し、またはそれを維持するための具体的な稼働セットポイント（例えば、ダンパ位置、ベーン位置、ファンスピード、ポンプスピードなど）を満たし得る。
【００５８】
いくつかの実施形態では、制御システム１５０はＰＢＤＲプログラム、ＩＢＤＲプログラム、またはＰＢＤＲおよびＩＢＤＲプログラムの両方に同時に参加しながら、エネルギー貯蔵システム５００のライフサイクル中の経済的価値を最大限にする。ＩＢＤＲプログラムの場合、制御システム１５０は、過去の決済価格、マイレージ比、およびイベント発生確率の統計予測を使ってエネルギー購買者５０４への貯蔵エネルギー販売による収益生成可能性を決定し得る。ＰＢＤＲプログラムの場合、制御システム１５０は、周囲条件、施設熱負荷、および据え付けられた機器の熱力学モデルを使ってサブプラント５２０の資源消費量を推測し得る。制御システム１５０は、資源消費量の予測を使って機器運転費用を収益化し得る。
【００５９】
制御システム１５０は、経済的価値を最大化するために、最適化期間中に参加すべきＰＢＤＲおよび／またはＩＢＤＲプログラムの組合せを自動的に決定し得る（例えば、人による介入なし）。例えば、制御システム１５０は、ＩＢＤＲプログラムの収益生成可能性、ＰＢＤＲプログラムの費用削減可能性、およびＩＢＤＲプログラムとＰＢＤＲプログラムの各種組合せに参加することによる機器保守／交換費用を考慮し得る。制御システム１５０は、参加による利益と参加のための費用を比較検討して、参加すべきプログラムの最適な組合せを決定し得る。有利な点として、これによって制御システム１５０は、エネルギー貯蔵システム５００稼働の全体的価値を最大化する制御決定の最適なセットを決定できる。
【００６０】
いくつかの例で、制御システム１５０は、収益生成可能性が高い、および／または参加費用が低い場合にＩＢＤＲプログラムに参加することが有利であろうと決定し得る。例えば、制御システム１５０は、エネルギー貯蔵システム５００に所定の量のパワーを放出するように要求する、ＩＢＤＲプログラムからの瞬動予備力調達イベントの通知を受け取り得る。制御システム１５０は、冷熱エネルギー貯蔵部５３２が建物５０２への冷却を提供するのに十分な能力を有し、その一方で所定の量のパワーを放出するために冷凍機サブプラント５２２上の負荷が軽減される場合、ＩＢＤＲプログラムに参加することが最適であると決定し得る。
【００６１】
他の例では、制御システム１５０は、ＩＢＤＲプログラムには、それに参加するのに必要な資源は他の箇所のほうがよりよく配分される場合、参加することは有利ではないと決定し得る。例えば、建物５０２が大幅にＰＢＤＲ費用を増大させるような新しいピーク需要の設定に近い場合、制御システム１５０は、周波数レスポンス市場に参加するために、電気エネルギー貯蔵部５３３に保存された電気エネルギーのわずかな部分だけがエネルギー購買者５０４に販売されると決定し得る。制御システム１５０は、電気エネルギーの残りを使用って冷凍機サブプラント５２２に電源供給し、新しいピーク需要の設定を防止することを決定し得る。
【００６２】
いくつかの実施形態では、エネルギー貯蔵システム５００と制御システム１５０は、２０１６年８月２５日出願の米国特許出願第１５／２４７，８７５号明細書、２０１６年８月２５日出願の米国特許出願第１５／２４７，８７９号明細書、および２０１６年８月２５日出願の米国特許出願第１５／２４７，８８１号明細書に記載されている構成要素および／または特徴のいくつかまたは全部を含む。これらの特許出願の各々の開示全体を参照によって本明細書に援用する。
【００６３】
制御システム１５０は、これらおよびその他の機能を実現するためにモデル予測制御手法を利用し得、これにはその全体が参照によって本明細書に援用される２０１８年４月２６日出願の米国特許出願第１５／９６３，８９１号明細書に詳しく記載されている確率モデル予測制御手法が含まれる。さらに、制御システム１５０は、図６〜１３を参照し詳細に説明されるオンライン構成可能システム特定のために構成され得る。
【００６４】
建物システムと状態空間モデル
建物機器の上記の実施形態の各々は、建物内の快適な温度を保持するため、用役消費の費用を最小化するため、および／または他のいくつかの目的を達成するために建物機器のための制御を行うように構成された制御システム１５０を含む。以下に詳しく説明するように、制御システム１５０はモデル予測制御手法に従う。モデル予測制御手法において、制御システム１５０はグレーボックスモデルを使って、システムの入力／出力挙動をシミュレートする。グレーボックスモデルでは、システムのダイナミクスがパラメータの小数セットにより十分に説明される。
【００６５】
本明細書に記載の実施形態では、制御システム１５０は、行列Ａ（φ）、Ｂ（φ）、Ｃ（φ）、Ｄ（φ）、Ｋ（φ）で定義されるパラメータ化されたカルマンゲインを用いた状態空間モデルを利用するもので、φはパラメータのセット
【数１】
2020012628.tif 000003
を示す。より具体的には、制御システム１５０は、次の離散時間線形時不変形態でシステムモデルのセットを扱うように構成される：
ｘ（ｋ＋１）＝Ａｘ（ｋ）＋Ｂｕ（ｋ）＋ｗ（ｋ）
ｙ（ｋ）＝Ｃｘ（ｋ）＋Ｄｕ（ｋ）＋ｖ（ｋ）
式中、
【数２】
2020012628.tif 000004
は時間指数、
【数３】
2020012628.tif 000005
は状態ベクトル、
【数４】
2020012628.tif 000006
は測定された出力、
【数５】
2020012628.tif 000007
は入力ベクトルである。この形態の中で、ｗ（ｋ）とｖ（ｋ）はプロセス外乱と測定ノイズを示す。カルマンゲインＫ（φ）はこれらの外乱を対処するために導入され、その結果、次の形式の推定問題が生じる：
【数６】
2020012628.tif 000008
式中、
【数７】
2020012628.tif 000009
は、ｋで測定されたときのｊでの推定／予測状態であり、
【数８】
2020012628.tif 000010
はｋ−１で測定されたときのｊでの予測出力であり、Ｋは推定ゲインである。カルマンゲインは、様々な実施形態ではそれとは異なるように、例えばその全体が参照によって本明細書に援用される２０１８年４月１３日出願の米国特許出願第１５／９５３，３２４号明細書に詳細に記載されているマルチステップ先予測手法に基づいて定義され得る。
【００６６】
パラメータ化されたシステムモデル（モデルフォーム）は、システムのダイナミクスを捕捉しようとしており、したがってシステムの物理面に結び付けられる。それゆえ、システムの物理的要素（建物、空間、機器、気候など）の多様な配置について、システムの挙動を正確に予測するには、異なる数の状態、出力、および入力の他、異なるパラメータ表示が必要となる。
【００６７】
例示と明瞭さのために、図６〜７は、システムモデルの形態を物理的原理から導き出し得るシステムの一例を示す。これは一例にすぎず、様々な物理的システムで様々な入力、出力、状態、パラメータ表示が得られ、図６〜７について以下で説明する第一原理導出からは予測不能に逸れることも多いと理解すべきである。
【００６８】
次に、図６を参照すると、例示的実施形態による、建物領域６００にサービスを提供する建物機器６１０のブロック図が示されている。建物領域６００は、図１の建物１０、図２〜４の建物２０１、または図５の建物５０２の一部であり得る。機器６１０は、ＨＶＡＣシステム１００、ＶＲＦシステム２００、エネルギー貯蔵システム５００、および／またはそれらの要素を含み得る。そのため、図６は、様々な熱の伝達が建物１０の領域６００内の室内空気６０１の室内気温Ｔｉａにどのように影響を与え得るかの一例を示している。領域６００は建物１０の部屋、床、エリアなどである。機器６１０は、領域６００内の室内気温Ｔｉａを所望の温度に、またはその付近に保持して、領域６００の占有者の快適さを促進し、または領域６００のその他のニーズを満たすように試みる。
【００６９】
図６に示されるように、領域６００の室内気温Ｔｉａは熱容量Ｃｉａを有する。室内気温Ｔｉａは、以下に詳しく説明するように、領域６００への様々な熱伝達
【数９】
2020012628.tif 000011
により影響を受ける。図６においてすべての熱伝達
【数１０】
2020012628.tif 000012
が領域６００に入る方向で示されているが、熱伝達
【数１１】
2020012628.tif 000013
の１つまたは複数の値は負であり得、それによって熱は領域６００の外へと流れると理解すべきである。
【００７０】
熱負荷６０２は、領域６００に他の熱伝達
【数１２】
2020012628.tif 000014
を提供する。熱負荷６０２は、領域６００内で体温を発する占有者（例えば、人、動物）により領域に付加される熱を含む。熱負荷６０２はまた、電気抵抗を通じて発熱するコンピュータ、照明、およびその他の電子機器の他、日射照度も含む。
【００７１】
建物質量６０４は、領域６００に建物質量熱伝達
【数１３】
2020012628.tif 000015
を提供する。建物質量６０４は建物内の物理的構造物、例えば壁、床、天井、家具などを含み、これらはすべて熱を吸収または放出する可能性がある。建物質量６０４は、温度Ｔｍと集中質量熱容量Ｃｍを有する。建物質量６０４の、室内空気６０１との熱交換に対する抵抗（例えば、断熱材、材料の厚さ／層などによる）は、質量熱抵抗Ｒｍｉとして特徴付け得る。
【００７２】
外気６０６は、領域６００に外気熱伝達
【数１４】
2020012628.tif 000016
を提供する。外気６０６は、外気温Ｔｏａの、建物１０の外の空気である。外気温Ｔｏａは、天候や気候により変動する。外気６０６と室内空気６０１との間の障壁（例えば、壁、閉じられた窓、断熱材）が、外気６０６と室内空気６０１との間の熱交換に対する室外−室内熱抵抗Ｒｏｉを生じさせる。
【００７３】
機器６１０もまた、領域６００に、
【数１５】
2020012628.tif 000017
で示される熱を提供する。機器６１０は制御システム１５０、室内気温センサ６１４、および外気温センサ６１６に通信可能に接続され、少なくとも一部に室内気温センサ６１４と外気温センサ６１６からの測定値に基づいて制御システム１５０により生成される制御信号に従って動作する。図の実施形態では、機器６１０は制御システム１５０により制御されて、暖房（例えば、正の値の
【数１６】
2020012628.tif 000018
）または冷房（例えば、負の値の
【数１７】
2020012628.tif 000019
）を領域６００に提供する。
【００７４】
室内気温センサ６１４は、領域６００内に配置され、室内気温Ｔｉａを測定し、測定値Ｔｉａを制御システム１５０に提供する。外気温センサ６１６は建物１０／２０１／５０２の外に配置され、外気温Ｔｏａを測定し、測定値Ｔｏａを制御システム１５０に提供する。
【００７５】
制御システム１５０は、温度測定値ＴｉａおよびＴｏａを受信し、機器６１０のための制御信号を発生し、制御信号を機器６１０に送信する。図６の実施形態では、制御システム１５０は、図７を参照し以下にさらに詳細に説明するように、機器６１０を制御して適当なレベルの
【数１８】
2020012628.tif 000020
を提供する中で、熱負荷６０２、建物質量６０４、および外気６０６の室内空気６０１への影響を捕捉する状態空間モデルを考える。
【００７６】
図６〜７の実施形態では、制御システム１５０により機器６１０に提供される制御信号は、領域６００のための温度セットポイントＴｓｐを示す。温度セットポイントＴｓｐを決定するために、制御システム１５０は、室内気温Ｔｉｐと温度セットポイントＴｓｐとの間の関係は、以下のように表される飽和する比例積分制御法則に従う：
【数１９】
2020012628.tif 000021
式中、ｊ∈｛ｃｌｇ，ｈｌｇ｝は暖房または冷房モードの何れかを表すために使用される指標である。異なるパラメータＫｐ，ｊとＫＩ，ｊが暖房および冷房モードに必要である。さらに、暖房および冷房負荷は以下のセットに制約される：冷房モード（ｊ＝ｃｌｇ）では
【数２０】
2020012628.tif 000022
および暖房モード（ｊ＝ｈｔｇ）では
【数２１】
2020012628.tif 000023
【００７７】
次に、図７を参照すると、例示的実施形態による、図６の領域６００および各種の熱伝達
【数２２】
2020012628.tif 000024
に対応する回路様式の略図７００が示されている。一般に、図７００は領域６００を２つの熱抵抗、２つの熱容量、制御指向熱質量システムとしてモデル化する。このモデルは、図７を参照し以下に説明する線形連立微分方程式により特徴付けることができる：
【数２３】
2020012628.tif 000025
式中、第１の行（式Ｃ）は、室内気温Ｔｉａに焦点を当て、式Ｃ内の各項は後述のように図７００のブランチに対応する。
【００７８】
室内空気ノード７０２は、室内気温Ｔｉａに対応する。室内空気ノード７０２から、モデルは、容量Ｃｉａのコンデンサ７０６を介したアース７０４への下方向を含むいくつかの方向に分岐する。コンデンサ７０６は、室内空気が吸熱または放熱する能力をモデル化しており、室内熱伝達
【数２４】
2020012628.tif 000026
の変化率に関連付けられる。したがって、コンデンサ７０６は式Ｃに、式の左辺において
【数２５】
2020012628.tif 000027
として入る。
【００７９】
室内空気ノード７０２から、図７００はまた左に分岐して、建物質量ノード７１０に向かい、これは熱質量温度Ｔｍに対応する。質量熱抵抗Ｒｍｉの抵抗器７１２は、室内空気ノード７０２と建物質量ノード７１０を分離し、建物質量６０４から室内空気６０１への熱伝達
【数２６】
2020012628.tif 000028
を
【数２７】
2020012628.tif 000029
としてモデル化する。この項は、室内気温の変化率
【数２８】
2020012628.tif 000030
に貢献するものとして、上記の式Ｃの右辺に含められる。
【００８０】
図７００はまた、室内空気ノード７０２から外気ノード７１４へと上方に分岐する。室外−室内熱抵抗Ｒｏｉの抵抗器７１６は、室内空気ノード７０２と外気ノード７１４を分離し、外気６０６から室内空気６０１への熱流を
【数２９】
2020012628.tif 000031
としてモデル化する。この項もまた、室内気温の変化率
【数３０】
2020012628.tif 000032
に貢献するものとして、上記の式Ｃの右辺に含められる。
【００８１】
室内空気ノード７０２から、図７００はまた右に分岐して、２つの
【数３１】
2020012628.tif 000033
源、すなわち
【数３２】
2020012628.tif 000034
および
【数３３】
2020012628.tif 000035
に向かう。前述のように、
【数３４】
2020012628.tif 000036
は熱負荷６０２と、室内気温Ｔｉａの変化に貢献する各種のエネルギー源に対応する。
【数３５】
2020012628.tif 000037
は、ＨＶＡＣシステム１００により測定または制御されないが、依然として室内気温の変化率
【数３６】
2020012628.tif 000038
に貢献する。
【数３７】
2020012628.tif 000039
は、機器６１０により生成され、制御されて、室内気温Ｔｉａを管理する。したがって、
【数３８】
2020012628.tif 000040
および
【数３９】
2020012628.tif 000041
は上記の式Ｃの右辺に含められる。
【００８２】
上記の第２の非線形微分方程式（式Ｄ）は、建物質量温度Ｔの変化率
【数４０】
2020012628.tif 000042
に焦点を当てている。建物質量が熱を受け取り、または放出する能力は、コンデンサ７１８によりモデル化される。コンデンサ７１８は、集中質量熱容量Ｃｍを有し、アース７０４と建物質量ノード７１０との間に位置付けられて、建物質量温度Ｔｍの変化率を調整する。したがって、容量Ｃｍは式Ｄの左辺に含められる。また、建物質量ノード７１０から抵抗器７１２が分岐し、室内空気ノード７０２につながる。前述のように、この分岐は、建物質量６０４と室内空気６０１との間の熱伝達
【数４１】
2020012628.tif 000043
を説明する。したがって、項
【数４２】
2020012628.tif 000044
は式Ｄの右辺に含められる。
【００８３】
下で詳しく説明するように、図７００により表されるモデルフォームは、システム特定および機器６１０のための制御信号の生成において制御システム１５０が使用するモデルフォームの一例である。より詳しくは、制御システム１５０は図７００に示されるモデルの状態空間表現を使用し得る。制御システム１５０により使用される状態空間表現は、式ＡおよびＢを式ＣおよびＤと統合して、その結果としての方程式の系を微分方程式の線形系として書くことによって導き出し、以下を得ることができる：
【数４３】
2020012628.tif 000045
式中、Ｉは式Ａの積分項
【数４４】
2020012628.tif 000046
を表す。その結果として得られる線形系は、３つの状態（Ｔｉａ、Ｔｍ、Ｉ）、２つの入力（Ｔｓｐ，ｊ、Ｔｏａ）、２つの出力（Ｔｉａ、
【数４５】
2020012628.tif 000047
）および１つの外乱
【数４６】
2020012628.tif 000048
を有する。
【数４７】
2020012628.tif 000049
は測定または制御されないため、制御システム１５０は、状態空間表現に第４の状態ｄを追加する入力外乱モデルを使って外乱
【数４８】
2020012628.tif 000050
をモデル化しており、第２の段階はカルマンゲインパラメータを使用する。よりコンパクトな形態では、この微分方程式の線形系は以下のように書くことができる：
【数４９】
2020012628.tif 000051
式中、
【数５０】
2020012628.tif 000052
【００８４】
それゆえ、図７は、それについてパラメータ化された状態空間モデルを導き出すことのできる、すなわちそれについて行列Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｋの要素をシステムパラメータφ＝｛ｐ１，．．．，ｐＮ｝（この例では、φ＝｛ｐ１、ｐ２、ｐ３、ｐ４、ｐ５、ｐ６｝）の観点から定義できるシステムを示している。図８〜１３を参照し以下に詳細に説明するように、制御システム１５０は、費用関数、例えば予測誤差費用関数を最小化するシステムパラメータφ＝｛ｐ１，．．．，ｐＮ｝の値を決定するように構成される。制御システム１５０はそれによって、モデル予測制御において使用可能なシステムモデルを特定する。
【００８５】
しかしながら、様々な理由から、各種の実世界のシステムは、図７に示される理想図７００のように動作しない可能性がある。多くの場合、システムの入力／出力挙動は、たとえ最適なパラメータ値を用いても、図７のパラメータ化された状態空間モデルにより予測されるものから実質的に逸れる。システム挙動を正確に予測するためには、異なるパラメータ表現（すなわち、パラメータφ＝｛ｐ１，．．．，ｐＮ｝の観点からの行列Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｋの要素の異なる定義）が必要であり得る。
【００８６】
それゆえ、よりよいシステム特定を容易にするために、後で詳しく説明するように、制御システム１５０は、パラメータ化された状態空間モデルのオンライン構成およびその他の選択肢を、使いやすく、直感的で効率的な方法で容易にする、改善されたシステム特定を提供する。
【００８７】
オンライン構成可能システム特定を有する制御システム
次に、図８を参照すると、例示的実施形態による制御システム１５０のブロック図が示されている。後で詳しく説明するように、制御システム１５０は、オンライン構成可能システム特定を提供し、モデル予測制御を使って建物機器８００を制御するように構成される。建物機器８００は、ＨＶＡＣシステム１００、ＶＲＦシステム２００、エネルギー貯蔵システム５００、または１つもしくは複数のその構成要素の１つもしくは複数を含み得る。制御システム１５０は、建物機器８００に関する物理的数値の測定を提供するセンサ８０２および、建物機器８００によりサービスが提供される１つもしくは複数の建物または建物領域と通信可能である。制御システム１５０はまた、後で詳しく説明するように、ユーザが制御システム１５０からの情報を受け取り、制御システム１５０に入力を提供できるユーザデバイス８０４とも通信可能である。ユーザデバイス８０４は、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、デスクトップコンピュータなどの１つまたは複数を含み得る。
【００８８】
図８に示されるように、制御システム１５０は、システム特定システム８０６とオンラインコントローラ８０８を含む。システム特定システム８０６は、オンラインコントローラ８０８がモデル予測制御を使って機器８００のための制御信号を生成するために使用するシステムモデルを発生するためのシステム特定を容易にする。
【００８９】
オンラインコントローラ８０８は、モデル予測制御回路８１０と機器制御回路８１２を含む。モデル予測制御回路８１０は、エネルギー費用を最小化し、占有者の快適さを最大化し、またはその他のいくつかの目的関数を最適化するために、システムの予測された挙動に基づいてシステムのための入力を生成する。モデル予測制御回路８１０は、システム特定システム８０６からのシステムモデル（すなわち、パラメータ値が決定されている）とセンサ８０２からの測定値（例えば、室内気温、外気温、湿度、風速）を受け取る。モデル予測制御回路８１０はまた、各種のその他の供給源からのデータ、例えば気象サービス事業者からの気象予報（例えば、インターネットを介してアクセス可能）および／または用役提供会社のコンピューティングシステムからの用役価格も受け取り得る。すると、モデル予測制御回路８１０は、システムモデル、現在の測定値、および場合によってはシステムの将来の挙動を予測し、システムへの（すなわち、状態空間モデルへの）１つまたは複数の制御可能入力の所望の値を決定して、機器制御回路８１２に提供する他の様々なデータを使用する。例えば図６〜７の例において、モデル予測制御回路８１０は、
【数５１】
2020012628.tif 000053
の値を生成して、
【数５２】
2020012628.tif 000054
の値を機器制御回路８１２に提供し得る。
【００９０】
機器制御回路８１２は、モデル予測制御回路８１０により生成された入力を受け取り、入力に基づいて機器８００のための制御信号を生成する。すなわち、機器制御回路８１２は機器８００を制御して、システムに入力を提供させる。例えば、機器制御回路８１２は、入力を実現するための温度セットポイント、コンプレッサ周波数、ファンスピード、ダンパ位置、バッテリ放電速度など（例えば、機器８００に熱発生率
【数５３】
2020012628.tif 000055
を提供させる温度セットポイント）を機器８００に提供し得る。
【００９１】
システム特定システム８０６は、システムからの実際のトレーニングデータを使ったシステム特定に基づいて、モデル予測制御回路８１０が使用するシステムモデルを発生するように構成される。後で詳しく説明するように、システム特定システム８０６は、トレーニングデータ回路８１４、ユーザインタフェース回路８１６、分析パーサ回路８１８、およびパラメータ特定回路８２０を含む。
【００９２】
トレーニングデータ回路８１４は、トレーニング期間中の各タイムステップについて、トレーニングデータのセット、すなわち入力値および出力値のセットを収集し、フィルタ処理し、およびそれ以外に展開するように構成される。図の実施形態では、トレーニングデータ回路８１４は、トレーニング入力を機器制御回路８１２に提供することにより、トレーニングデータの生成を容易にする。トレーニング入力は、ある範囲の値をカバーして、トレーニングデータのロバストなセットの作成を容易にし得る。機器制御回路８１２は、トレーニング入力に基づいて、機器８００のための制御信号を生成し得る。すると、センサ８０２は、機器８００によりサービスが提供される建物に関する測定値を捕捉し、測定値をトレーニングデータ回路８１４に提供する。すると、トレーニングデータ回路８１４はトレーニングデータのセットの中のトレーニング入力と測定値を収集する。後に詳しく説明するように、トレーニングデータはシステム特定システム８０６により、システムモデルのパラメータ値を決定するために使用される。いくつかの実施形態では、トレーニングデータの一部は、特定されたシステムモデルの検証のために、すなわちシステムモデルを使って行われた予測を訓練データと比較して、システムモデルが実際のシステム挙動にどれだけ適合するかを評価するために保存される。
【００９３】
ユーザインタフェース回路８１６は、ユーザに、オンライン構成可能システム特定を実行するための使いやすいグラフィカルユーザインタフェースを提供するように構成される。グラフィカルユーザインタフェースのビューの例が図１０〜１３に示されている。ユーザインタフェース回路８１６は、グラフィカルユーザインタフェースを、ユーザに対して表示されるようにユーザデバイス８０４に提供し、ユーザデバイス８０４からグラフィカルユーザインタフェースに関するユーザ入力を受け取る。
【００９４】
ユーザインタフェース回路８１６は、機器および／または建物の概略図を示すグラフィカルユーザインタフェースを生成するように構成される。例を図１０に示し、それを参照し説明する。概略図は、機器の現在の状態、建物の現在の状況などを示し得る。いくつかの実施形態では、グラフィカルユーザインタフェースは、建物管理システムまたはエネルギー管理システム、例えばＪｏｈｎｓｏｎ  ＣｏｎｔｒｏｌｓによるＭｅｔａｓｙｓ（登録商標）Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍのためのユーザインタフェースの一部として提供される。概略図は、後述のようにそのためにシステムモデルが特定されるシステムの入力および出力を可視化し得る。
【００９５】
ユーザインタフェース回路８１６はさらに、ユーザに、システムのためのパラメータ化されたモデルフォームを定義するように促すグラフィカルユーザインタフェースを生成するように構成される。このようなグラフィカルユーザインタフェースの例は図１１に示され、それを参照し詳細に説明される。より詳しくは、ユーザインタフェース回路８１６は、ユーザに、システムモデルのため入力、出力、および状態の数を選択し、行列Ａ（φ）、Ｂ（φ）、Ｃ（φ）、Ｄ（φ）、Ｋ（φ）をφ＝｛ｐ１，．．．，ｐｎ，．．．．ｐＮ｝の観点から定義するように促す。ユーザインタフェース回路８１６はまた、ユーザが１つまたは複数のコントローラのコントローラポート（すなわち、データ入力および制御出力）をパラメータ化されたモデルフォームの中の可変値にマッピングできるようにするグラフィカルユーザインタフェースも生成し得る。すると、ユーザインタフェース回路８１６は、パラメータ化されたモデルフォームを定義するグラフィカルユーザインタフェースへのユーザ入力を受け取り、パラメータ化されたモデルフォームを分析パーサ回路８１８に提供し得る。
【００９６】
ユーザインタフェース回路８１６はまた、データの適合のグラフィクス表現を示すグラフィカルユーザインタフェースを生成するように構成され得る。ユーザインタフェース回路８１６は、特定されたシステムモデル（すなわち、パラメータ値が決定されたシステムモデル）をパラメータ特定回路８２０から受け取り、検証期間にわたる予測をシステムモデルに基づいて生成し、システムモデルの予測をトレーニングデータ回路８１４からの検証トレーニングデータと比較して１つまたは複数の可視化を生成するように構成され得る。ユーザインタフェース回路８１６は、加重平均絶対予測誤差（ＷＭＡＰＥ）（例えば、トレーニングセット内の各点のための予測ホライズン内の予測誤差の加重平均プロット）および／または二乗平均予測誤差（ＲＭＳＰＥ）（例えば、将来への複数のステップの平均予測誤差のプロット）のグラフィクス表現を計算し、提供して、特定されたシステムモデルが実際のシステム挙動をどれだけよく予測するかの可視化を容易にし得る。ユーザインタフェース回路８１６はそれによって、パラメータ化されたモデルフォームの結果、十分に正確なシステムモデルが得られたか否かをユーザが判断するのを容易にする。
【００９７】
ユーザインタフェース回路８１６はまた、ユーザがトレーニングデータ回路８１４により生成されたトレーニングデータおよび／またはパラメータ特定回路８２０により実行されるパラメータ特定に関する選択肢を選択できるようにする選択肢をグラフィカルユーザインタフェース上に提供し得る。例えば、ユーザインタフェース回路８１６は、ユーザがトレーニングデータ回路８１４に対して、例えばその全体が参照によって本明細書に援用される２０１８年２月２０日出願の米国特許出願第１５／９００，４５９号明細書に記載されているような、トレーニングデータに飽和検出除去フィルタを提供するように命令するための選択肢を提供し得る。他の例として、ユーザインタフェース回路８１６は、パラメータ特定回路８２０が使用するための複数の予測誤差法、例えば１ステップ先予測誤差法、マルチステップ先予測誤差法、およびその全体が参照によって本明細書に援用される２０１８年４月１３日出願の米国特許出願第１５／９５３，３２４号明細書に詳細に記載されているシミュレーション予測誤差法を選択するための選択肢を提供し得る。例えば図１３に示され、それを参照し詳細に説明されているように、他の各種の選択肢も考えられる。ユーザインタフェース回路８１６は、ユーザが選択した選択肢を、ユーザの選択を実行するための適用可能性に応じてトレーニングデータ回路８１４および／またはパラメータ特定回路８２０に提供する。ユーザインタフェース回路８１６は、モデルパラメータ値の再計算を容易にし、ユーザによる新しい選択肢の選択に応答して、システムモデルの適合度の１つまたは複数のグラフィクス表現を再生成し得る。
【００９８】
ユーザインタフェース回路８１６はさらに、システムモデルを、オンライン制御で使用するために、オンラインコントローラ８０８とモデル予測制御回路８１０へとプッシュするための選択肢を提供する。ユーザインタフェース回路８１６は、例えば図１２に示されているように、システムモデルの適合度の１つまたは複数のグラフに沿ってプッシュの選択肢を提供し得る。システムモデルをオンラインコントローラ８０８へとプッシュする選択肢をユーザが選択したことに応答して、ユーザインタフェース回路８１６は、システムモデルをオンラインコントローラ８０８に提供し、および／またはパラメータ特定回路８２０に対してシステムモデルをオンラインコントローラ８０８に提供するように命令する。
【００９９】
前述のように、ユーザインタフェース回路８１６は、パラメータ化されたモデルフォームを定義するユーザ入力を受け取り、パラメータ化されたモデルフォームを分析パーサ回路８１８に提供する。分析パーサ回路８１８はそれゆえ、φ＝｛ｐ１，．．．，ｐｎ，．．．．ｐＮ｝の観点から定義される行列Ａ（φ）、Ｂ（φ）、Ｃ（φ）、Ｄ（φ）、Ｋ（φ）を受け取る。より詳しくは、分析パーサ回路８１８により受け取られると、各行列Ａ（φ）、Ｂ（φ）、Ｃ（φ）、Ｄ（φ）、Ｋ（φ）の各要素は、１つまたは複数のパラメータｐ１，．．．，ｐｎ，．．．．ｐＮおよび／または１つまたは複数の実数定数を使用する算術演算として定義され得る。例えば、いくつかの場合、行列Ａは
【数５４】
2020012628.tif 000056
として定義され得る。分析パーサ回路８１８は、この行列フォーマットで定義される行列Ａ（φ）、Ｂ（φ）、Ｃ（φ）、Ｄ（φ）、Ｋ（φ）を受け取る。
【０１００】
分析パーサ回路８１８は、行列フォーマット内の各要素を機械実行可能算術工程のシーケンス（例えば、１回の加算、乗算、除算、または減算を含む各工程）に変換するように構成される。例えば、分析パーサ回路８１８は、上記の例の行列Ａ（φ）の要素Ａ２１（すなわち、（ｐ３ｐ４＋３））以下の２ステップシーケンスに変換し得る：
１．ｐ３、ｐ４を乗じる
２．結果１、３を加える
これにより、演算回路８２２はｐ３とｐ４を乗じ、ｐ３とｐ４の積に３を加える。
【０１０１】
分析パーサ回路８１８は、ユーザが入力した要素の定義を機械実行可能算術工程のシーケンスに変換することにおいて、各種の演算優先順位ルールと表記ルールに従い得る。分析パーサ回路８１８は、各行列の各要素の機械実行可能算術工程のシーケンスを収集して、モデルフォームのための演算パッケージを作る。すると、分析パーサ回路８１８は演算パッケージをパラメータ特定回路８２０に、より詳しくはパラメータ特定回路８２０の演算回路８２２に提供する。
【０１０２】
パラメータ特定回路８２０は演算回路８２２と費用関数評価回路８２４を含む。費用関数評価回路８２４は、φに関する予測誤差費用関数を最小化するように構築される。例えば、いくつかの場合に、費用関数評価回路８２４は、以下を最小化するφ＝｛ｐ１，．．．，ｐｎ，．．．．ｐＮ｝の値を決定する：
【数５５】
2020012628.tif 000057
式中、ｙｋはトレーニングデータからのタイムステップｋにおける出力ｙの実際の値、ｕｋはトレーニングデータからのタイムステップｋにおける入力ｕの実際の値、
【数５６】
2020012628.tif 000058
はパラメータφでのシステムモデルに基づくタイムステップｋにおける出力ｙの予測値、ｌは誤差の関数、例えばｓｑｕａｒｅ関数である。例えば、その全体が参照によって本明細書に援用される２０１８年４月１３日出願の米国特許出願第１５／９５３，３２４号明細書に記載されているような各種の費用関数が考えられる。
【０１０３】
Ｊ（φ）を最小化するために、パラメータ特定回路８２０は、トレーニングデータ回路８１４からのトレーニングデータを使って、パラメータφ＝｛ｐ１，．．．，ｐｎ，．．．．ｐＮ｝の複数の値の各々についてのＪ（φ）の値を計算する。費用関数評価回路８２４は、および／またはユーザはユーザインタフェース回路８１６により生成されるユーザインタフェースを介して、パラメータ値の初期セットφ０を選択する。費用関数評価回路８２４はφ０を演算回路８２２に提供し、これが分析パーサ回路８１８からの演算パッケージを使って、各行列Ａ（φ０）、Ｂ（φ０）、Ｃ（φ０）、Ｄ（φ０）、Ｋ（φ０）の各要素の実際の値を計算する。すると、演算回路８２２は行列Ａ（φ０）、Ｂ（φ０）、Ｃ（φ０）、Ｄ（φ０）、Ｋ（φ０）を費用関数評価回路８２４に提供し、これが行列Ａ（φ０）、Ｂ（φ０）、Ｃ（φ０）、Ｄ（φ０）、Ｋ（φ０）を使ってＪ（φ０）を計算し、保存する。
【０１０４】
すると、費用関数評価回路８２４はパラメータ値の他のセットφ１を選択し、φ１を演算回路８２２に提供し、これが再び演算パッケージを使ってＡ（φ１）、Ｂ（φ１）、Ｃ（φ１）、Ｄ（φ１）、Ｋ（φ１）の要素の値を計算する。すると、費用関数評価回路８２４は、費用関数Ｊ（φ１）の値を計算し、保存する。パラメータ特定回路８２０はこの工程を、パラメータ値のＮ個のセットφｎ、ｎ＝｛０，．．．，Ｎ−１｝の分だけ繰返し、Ｊ（φｎ）を計算する。各繰返しにおいて、費用関数評価回路８２４は、以前に計算された費用関数値における、値φｎをφｎ＋１で最小に近付けるように調整する方法（例えば、下り勾配に従う）を示唆する傾向に基づいてパラメータ値の次のセットφｎ＋１を選択し得る。
【０１０５】
それによって、費用関数評価回路８２４は複数の費用関数値Ｊ（φｎ）、ｎ＝｛０，．．．，Ｎ−１｝を計算する。すると、費用関数評価回路８２４はＪ（φｎ）の最低値に対応するパラメータ値のセットφｎを特定し、それに応答して、これらのパラメータ値φｎをモデルパラメータとして決定することができる。すると、演算回路８２２は、行列Ａ（φｎ）、Ｂ（φｎ）、Ｃ（φｎ）、Ｄ（φｎ）、Ｋ（φｎ）の要素の値を計算し、システムモデルを定義し得る。それによって、パラメータ特定回路８２０はシステムモデルを特定する。すると、システムモデルはユーザインタフェース回路８１６および／またはモデル予測制御回路８１０に提供され得る。
【０１０６】
次に、図９を参照すると、例示的実施形態によるオンライン構成可能システム特定のための工程９００のフローチャートが示されている。工程９００は、図８の制御システム１５０により実行でき、以下の説明ではそれを参照する。
【０１０７】
工程９０２で、制御システム１５０はパラメータ化されたモデルフォームのユーザ入力を促し、受け取る。いくつかの実施形態では、ユーザインタフェース回路８１６は、ユーザが入力、出力、および状態の数を入力し、各行列Ａ（φ）、Ｂ（φ）、Ｃ（φ）、Ｄ（φ）、Ｋ（φ）の各要素をｐ１，．．．，ｐｎ，．．．．ｐＮと１つまたは複数の定数との間の数学的演算の観点から定義することができるグラフィカルユーザインタフェースを生成する。制御システム１５０は、行列とベクトルの次元が状態空間モデルにより必要とされるように関連付けられることを確実にし、および／またはそのような条件が満たされないときにエラーメッセージを発生するために、入力、出力、および状態の数を制限し得る。制御システム１５０により、ユーザはパラメータｐｎの数を選択（すなわち、φ＝｛ｐ１，．．．，ｐｎ，．．．．ｐＮ｝で使用されるＮを選択）し得る。ユーザ入力は、分析的な、人間が読取可能な行列フォーマットでパラメータ化されたモデルフォームを定義する。
【０１０８】
工程９０４で、制御システム１５０はパラメータ化されたモデルフォームを解析して、行列Ａ（φ）、Ｂ（φ）、Ｃ（φ）、Ｄ（φ）、Ｋ（φ）の各要素の値を決定するのに必要な機械実行可能演算工程を含む演算パッケージを生成する。すなわち、制御システム１５０は、人間のユーザが入力したパラメータ化されたモデルフォームをプロセッサにより実行可能なフォーマットに変換して、各行列要素の値を計算する。制御システム１５０はこの変換を自動的に行うため、制御システム１５０により、モデルフォームが更新されるたびに、ユーザが手作業で行列値を計算する新しいソフトウェアコードを書くことが不要となる。
【０１０９】
工程９０６で、制御システム１５０は演算パッケージとトレーニングデータを使って目的関数を最適化し、パラメータ値を決定してシステムモデルを定義する。例えば、制御システム１５０は、例えばその全体が参照によって本明細書に援用される２０１８年４月１３日出願の米国特許出願第１５／９５３，３２４号明細書に記載されているように、予測誤差関数を最小化し得る。制御システム１５０は、パラメータ値を決定し、演算パッケージを使ってこれらのパラメータ値に基づいて行列Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｋの各要素の値を決定し、システムモデルを定義する。
【０１１０】
工程９０８で、制御システム１５０は検証データ（トレーニングデータの、システム工程９０６で使用されなかったサブセット）とシステムモデルを使って行われた予測との間の比較を示すグラフィカルユーザインタフェースを生成する。すなわち、制御システム１５０は、予測ホライズンにわたる各タイムステップについての出力を予測し、これらの予測を使って、予測出力および／または検証データからの実際の出力のグラフまたはその他の可視化を生成する。いくつかの実施形態では、制御システム１５０は、ＷＭＡＰＥおよび／またはＲＭＳＰＥを計算し、図表にする。制御システム１５０により、ユーザはシステムモデルと実際のシステムの挙動との間の適合度に関する各種のビュー、比較、メトリクスなどを選択でき得る。
【０１１１】
制御システム１５０はそれによって、ユーザが、ユーザにより入力されたモデルフォームの結果、満足できる程度に、または十分に正確な予測を提供するシステムモデルが得られたか否かを決定するのを容易にし得る。ユーザが、そのシステムモデルはシステム挙動と十分に適合しないと決定した場合、ユーザは制御システム１５０により提供される選択肢を選択して、工程９０２に戻ってもよく、そこで制御システム１５０はユーザに対し、パラメータ化されたモデルフォームを入力または編集するように促す。いくつかの実施形態では、制御システム１５０により、ユーザは、他の各種の設定を選択または変更でき、これにはトレーニングデータにフィルタを追加すること、捕捉され、使用されるトレーニングデータの量を選択すること、トレーニングデータについて飽和検出除去工程を実行すること、利用可能な各種の費用関数のうちの１つを選択すること、マルチステップ先予測誤差法のホライズンを選択すること、費用関数を最小化する中で費用関数評価回路８２４が試すパラメータ値のセットの数を選択すること、および／または他の様々な選択肢が含まれる。すると、工程９００は、ユーザにより入力された新しいパラメータ化されたモデルフォームおよび／または設定を使って、工程９０４〜９０８を繰り返し得る。
【０１１２】
工程９１０で、制御システム１５０は、システムモデルをオンラインコントローラ８０８にプッシュするためのユーザ入力を促し、受け入れる。制御システム１５０は、工程９０８で生成されたグラフィカルユーザインタフェース上に、ユーザがシステムモデルをオンラインコントローラ８０８上で実行されるようにするために（すなわち、オンラインコントローラ８０８にシステムモデルを使用し始めるように命令するために）選択し得るボタンまたはアイコンを含み得る。それゆえ、ユーザが、工程９０８で生成されたグラフィカルユーザインタフェースを見てシステムモデルは満足な予測を提供していると決定した場合、ユーザは承認の表示を入力し、工程９０６で特定されたシステムモデルを受け入れ得る。
【０１１３】
工程９１２で、制御システム１５０はシステムモデルに基づいて建物機器を制御する。制御システム１５０は、モデル予測制御手法でそのシステムモデルを使用し、例えば用役費用を最小化し、占有者の快適さを最大化し、および／またはこれらまたはその他の考慮事項を勘案したいくつかの費用関数を最適化するために、建物機器のための制御システムを生成し得る。例えば、制御システム１５０はシステムモデルを使って、ある期間にわたり建物に可変的なレベルの暖房および／または冷房を提供させるように建物機器を制御し得る。工程９１２で制御される建物機器には、図１のＨＶＡＣシステム１００、図２〜４のＶＲＦシステム２００、図５のエネルギー貯蔵システム５００、および／またはそれらの要素の１つまたは複数が含まれ得る。
【０１１４】
オンライン構成可能システム特定のためのグラフィカルユーザインタフェース
次に、図１０を参照すると、例示的実施形態による、制御システム１５０により生成され、ユーザデバイス８０４上で提示されるグラフィカルユーザインタフェース１０００内のシステムビュー１００２が示されている。図の実施形態では、システムビュー１００２は、例示的実施形態による図２〜４のＶＲＦシステム２００の概略図を示す。システムビュー１００２は、ＶＲＦシステム２００の現在の状態、例えばＶＲＦシステム２００の各種の電源負荷を示す。
【０１１５】
システムビュー１００２は、適合度ボタン１００４を含む。適合度ボタン１００４はユーザにより、ユーザがシステムモデルをシステムビュー１００２に示されるシステムに適合させることができるようにする新しいウィンドウへとナビゲートするために選択され得る。図の実施形態では、ユーザが適合度ボタン１００４を選択すると、グラフィカルユーザインタフェース１０００は図１１に示されるモードフォーム定義ビュー１１００に切り替わる。
【０１１６】
次に図１１を参照すると、例示的実施形態による、グラフィカルユーザインタフェース１０００のモードフォーム定義ビュー１１００がユーザデバイス８０４上に示されている。モードフォーム定義ビュー１１００は、ナビゲーションウィンドウ１１０２と行列定義ウィジェット１１０４を含む。
【０１１７】
ナビゲーションウィンドウは、入力カウントフィールド１１１２、出力カウントフィールド１１１４、および状態カウントフィールド１１１６を含む。入力カウントフィールド１１１２は、ユーザがモデルフォーム内の入力数を選択できるようにし、出力カウントフィールド１１１４はユーザがモデルフォーム内の出力数を選択できるようにし、状態カウントフィールド１１１６。入力カウントフィールド１１１２、出力カウントフィールド１１１４、および状態カウントフィールド１１１６の各々は、ユーザが、ドロップダウンメニューを使って、またはユーザが入力ブランクに数を入力できるようにすることによって、そのフィールドのための値を選択できるようにし得る。グラフィカルユーザインタフェース１０００は、入力カウントフィールド１１１２、出力カウントフィールド１１１４、および状態カウントフィールド１１１６の値が、ここで使用される状態空間表現と矛盾しない次元の行列およびベクトル（すなわち、前述の式Ｇ〜Ｈに示される）を実現できないと判断すると、警告またはエラーメッセージを表示し得る。
【０１１８】
ナビゲーションウィンドウは行列リスト１１０６を含み、これは行列Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｋの各々に対応するラジオボタン１１０８を含む。各ラジオボタン１１０８は、行列定義ウィジェット１１０４の中で対応する行列を見て、定義するために選択可能である。
【０１１９】
図１１の説明的な例では、行列Ｃに対応するラジオボタン１１０８が選択されている。したがって、行列定義ウィジェット１１０４は、ユーザが行列Ｃを定義できるように構成される。より詳しくは、行列定義ウィジェット１１０４は、行列Ｃの要素の各々のための要素入力フィールド１１１０を含む。図の例において、出力カウントフィールド１１１４は３の値を有し、状態カウントフィールド１１１６は３つの値を有し、これは、行列Ｃが３×３の行列でなければならないことを示す。それゆえ、行列定義ウィジェット１１０４は、３×３の配列で配置された９つの要素入力フィールド１１１０を含む。
【０１２０】
各要素入力フィールド１１１０は、パラメータ｛ｐ１，．．．，ｐｎ，．．．．ｐＮ｝の観点からそのフィールドの定義を入力するために選択され得る。図の例では、Ｃ１１の位置の要素入力フィールド１１１０はｐ１＋ｐ２を示し、Ｃ１２での要素入力フィールド１１１０は３ｐ２＋１の定義を示す。ユーザが要素入力フィールド１１１０を選択したことに応答して、グラフィカルユーザインタフェース１０００は、ユーザが演算（加算＋、減算−、除算／、乗算＊）、数、パラメータ、および／または他の特殊数学記号を選択できるようにする数学キーボードを起動させ得る。ユーザは、数学キーボードおよび／または他のいくつかの入力デバイスを使って、各要素入力フィールド１１１０のための定義を入力し得る。いくつかの実施形態では、定義されていない要素入力フィールド１１１０は、０の値にデフォルト設定され得る。行列リスト１１０６とともに含まれる各ラジオボタン１１０８を連続的に選択し、行列定義ウィジェット１１０４内に現れる要素入力フィールド１１１０を編集することにより、ユーザはモデルをパラメータ化できる。
【０１２１】
ナビゲーションウィンドウ１１０２は、マップポートボタン１１２４をさらに含む。マップポートボタン１１２４は、ユーザがマップポートモードを起動させるために選択され得、そのモードではグラフィカルユーザインタフェースは、ポート（すなわち、コントローラまたはその他の入力／出力装置上の入力および出力）を状態空間モデル内の可変値に関連付けることができるように構成される。マップポートボタン１１２４はそれによって、ユーザがそのシステムのためのパラメータ化されたモデルフォームを十分に定義するのを容易にする。
【０１２２】
依然として図１１を参照すると、モードフォーム定義ビュー１１００は、適合度ボタン１１２６をさらに含む。適合度ボタン１１２６は、ユーザにより、モードフォーム定義ビュー１１００を使ってユーザが定義するモデルフォームを使用してシステム定義工程を開始するために選択され得る。ユーザが適合度ボタン１１２６を選択したことに応答して、ユーザデバイス８０４および／またはユーザインタフェース回路８１６はユーザにより定義されたモデルフォーム（すなわち、行列定義ウィジェット１１０４に示される）を分析パーサ回路８１８に提供して、機械実行可能演算工程へと変換されるようにする。
【０１２３】
次に、図１２を参照すると、例示的実施形態による適合度評価ビュー１２００がユーザデバイス８０４上で示されている。適合度評価ビュー１２００により、ユーザはユーザによりモードフォーム定義ビュー１１００に入力されたモデルフォームに基づいて生成されたシステムモデルが実世界のシステムにどれだけよくマッチするかを評価できる。より具体的には、適合度評価ビュー１２００により、ユーザは、予測された出力の時系列が実世界の（例えば、測定された）出力と、ある期間にわたりどれだけよくマッチするかを評価できる。適合度評価ビュー１２００は、プロットウィジェット１２０２とデータ定義ウィジェット１２０４を含む。
【０１２４】
図１２に示されるように、プロットウィジェット１２０２は、予測された出力を実際のシステム挙動とある期間にわたって比較するプロット（グラフ）１２０６を含む。プロットウィジェット１２０２はまた、プロット１２０６をＲＭＳＰＥのプロットに変えるために選択し得るＲＭＳＰＥボタン１２０８と、プロット１２０６をＷＭＡＰＥのプロットに変えるために選択し得るＷＭＡＰＥボタン１２１０も含む。比較ボタン１２１２は、ＲＭＳＰＥまたはＷＭＡＰＥのプロットから図１２に示されるプロット１２０６に戻すために選択し得る。適合度インディケータ１２１４は、適合のよさの数値表現（例えば、Ｒ２値）を示す。
【０１２５】
プロットウィジェット１２０２はまた、ビューパラメータ／行列ボタン１２２４も含む。ビューパラメータ／行列ボタン１２２４は、図１１に示されるモードフォーム定義ビュー１１００に戻すようにナビゲートするために選択可能である。それゆえ、ユーザはビューパラメータ／行列ボタン１２２４を選択して、モードフォーム定義ビュー１１００に戻し、パラメータ化されたモデルフォームの閲覧、編集、訂正などを行い得る。
【０１２６】
プロットウィジェット１２０２はまた、プッシュボタン１２２６も含む。プッシュボタン１２２６は、ユーザにより、ユーザがプロット１２０６内に示された適合度に満足したことを示し、制御システム１５０に対し、オンライン制御において特定されたシステムモデルを適用するように命令するために選択され得る。換言すれば、ユーザがプッシュボタン１２２６を選択したことに応答して、システム特定システム８０６はこのシステムモデルをオンラインコントローラ８０８に提供して、機器８００のオンライン制御で使用されるようにする。
【０１２７】
データ定義ウィジェット１２０４は、プロット１２０６を生成する中で、および／またはシステムモデルを特定する中で使用されるデータおよび／またはアルゴリズムを定義する際のユーザのための選択肢を提供する。例えば、データ定義ウィジェット１２０４は、開始時間フィールド１２１６と終了時間フィールド１２１８を含む。ユーザは、開始時間フィールド１２１６を選択してプロット１２０６の開始時間（すなわち、プロット１２０６の左端の時間）を選択し、終了時間フィールド１２１８を選択して、プロット１２０６の終了時間（すなわち、プロット１２０６上の右端の点）を選択し得る。プロット１２０６はすると、開始時間フィールド１２１６と終了時間フィールド１２１８への変更を反映するように更新され得る。
【０１２８】
データ定義ウィジェット１２０４は、実験選択ボタン１２２０も含む。実験選択ボタン１２２０は、実験ウィジェットを起動させるために選択可能であり、これによってユーザは利用可能な実験リストからある実験を選択し、および／または実験に関するその他の選択肢（例えば、タイムステップの大きさ、タイムステップの数、実験の総持続時間）をカスタマイズできる。
【０１２９】
データ定義ウィジェット１２０４は、アルゴリズム選択肢ボタン１２２２をさらに含む。アルゴリズム選択肢ボタン１２２２は、図１３に示され、それを参照し詳細に説明されるアルゴリズム選択肢ウィジェット１３００を起動させるために選択可能である。
【０１３０】
次に図１３を参照すると、例示的実施形態による、ユーザデバイス８０４上で適合度評価ビュー１２００の上に重ねられたアルゴリズム選択肢ウィジェット１３００が示されている。アルゴリズム選択肢ウィジェット１３００は、システムモデルの生成において使用されるトレーニングデータと、パラメータを決定するために使用されるアルゴリズム、工程、および／または費用関数に関するいくつかの選択肢を提供する。様々な実施形態において様々な選択肢が考えられる。図の実施形態では、アルゴリズム選択肢ウィジェット１３００はフィルタトグル１３０２を含み、これによってユーザはトレーニングデータのためのフィルタをオンまたはオフにすることができる。飽和検出トグル１３０４により、ユーザは飽和検出除去工程、例えばその全体が参照によって本願に援用される２０１８年２月２０日出願の米国特許出願第１５／９００，４５９号明細書に詳しく説明されている飽和検出除去工程をオンまたはオフにすることができる。最大繰返しフィールド１３０６により、ユーザは、費用関数を最小化するパラメータ値のセットを決定しようとする中で（すなわち、図８〜９を参照し前述したとおり）、パラメータ値φｎのセットが何回調整されるかを決定できる。
【０１３１】
費用関数ドロップダウンメニュー１３０８により、ユーザは費用関数のセットの中の１つの費用関数を、例えば予測誤差法のセットの中の１つの予測誤差法を選択できる。例えば、費用関数ドロップダウンメニュー１３０８により、ユーザは１ステップ先予測誤差法、シミュレーション予測誤差法、または、その全体が参照によって本願に援用される２０１８年４月１３日出願の米国特許出願第１５／９５３，３２４号明細書に記載されているマルチステップ先予測誤差法のうちの１つを選択でき得る。図１３に示されるように、マルチステップ予測誤差法が選択されている。それに応答して、アルゴリズム選択肢ウィジェット１３００は、マルチステップ予測誤差法に特有の、ホライズンフィールド１３１０と重みフィールド１３１２を含む追加の選択肢を提供する。ホライズンフィールド１３１０により、ユーザはマルチステップ予測誤差法のホライズン、すなわち予測誤差が費用関数に含められる、これから先のステップ数を選択できる。重みフィールド１３１２により、ユーザはマルチステップ予測誤差法の費用関数における、これから先の複数のステップの各々の相対的重要性を定義する重み関数を入力できる。
【０１３２】
図１０〜１３のグラフィカルユーザインタフェース１０００はそれによって、モデルパラメータを定義、編集し、システム特定工程とトレーニングデータに関する選択肢を編集し、特定されたシステムモデルの実際のシステム挙動との適合度を見て評価するための使いやすいインタフェースを提供する。
【０１３３】
例示的な実施形態の構成
様々な例示的な実施形態に示されるようなシステムおよび方法の構築および配列は単なる例示である。この開示ではほんのわずかの実施形態のみを詳細に説明してきたが、多くの変更形態（例えば、様々な要素のサイズ、寸法、構造、形状および割合、パラメータの値、取り付け方法、材料の使用、色、配向などの変化）が可能である。例えば、要素の位置を逆にするかまたは別の方法で変化させることができ、個別の要素または位置の性質または数を変更するかまたは変化させることができる。それに従って、そのような変更形態はすべて本開示の範囲内に含まれることが意図される。いかなるプロセスまたは方法ステップの順序または順番も代替の実施形態に従って変化させるかまたは並べ替えることができる。本開示の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態の設計、動作条件および配列における他の置換、変更、変化および省略を行うことができる。
【０１３４】
本明細書で使用される用語「回路」は、本明細書で説明された機能を実行するように構造化されたハードウェアを含み得る。いくつかの実施形態では、各「回路」は、本明細書で説明された機能を実行するようにハードウェアを構成するための機械可読媒体を含み得る。回路は、限定しないが処理回路系、ネットワークインタフェース、周辺デバイス、入力デバイス、出力デバイス、センサなどを含む１つまたは複数の回路系部品として具現化され得る。いくつかの実施形態では、回路は、１つまたは複数のアナログ回路、電子回路（例えば集積回路（ＩＣ）、ディスクリート回路、システムオンチップ（ＳＯＣ：ｓｙｓｔｅｍ  ｏｎ  ａ  ｃｈｉｐ）回路など）、通信回路、ハイブリッド回路、および任意の他のタイプの「回路」の形式を採用し得る。この点に関し、「回路」は、本明細書で説明された動作を遂行するためのまたはその実現を容易にするための任意のタイプの部品を含み得る。例えば、本明細書で述べた回路は、１つまたは複数のトランジスタ、論理ゲート（例えばＮＡＮＤ、ＡＮＤ、ＮＯＲ、またはＸＯＲ、ＮＯＴ、ＸＮＯＲなど）、抵抗器、マルチプレクサ、レジスタ、キャパシタ、インダクタ、ダイオード、配線などを含み得る。
【０１３５】
「回路」はまた、１つまたは複数のメモリデバイスへ通信可能に結合された１つまたは複数のプロセッサまたは１つまたは複数のメモリデバイスを含み得る。この点に関し、１つまたは複数のプロセッサは、メモリ内に保管された命令を実行し得る、またはそうでなければ１つまたは複数のプロセッサへアクセス可能な命令を実行し得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプロセッサは様々なやり方で具現化され得る。１つまたは複数のプロセッサは、少なくとも本明細書で説明された動作を実行するのに十分なやり方で構築され得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプロセッサは複数の回路により共有され得る（例えば、回路Ａおよび回路Ｂが同じプロセッサを含み得るまたはそうでなければ共有し得、いくつかの例示的実施形態では、メモリの様々な領域を介し保管されるまたはそうでなければアクセスされる命令を実行し得る）。その代りにまたは追加的に、１つまたは複数のプロセッサは、１つまたは複数のコプロセッサとは独立にいくつかの動作を実行するように構造化され得る。他の例示的実施形態では、２つ以上のプロセッサが、独立した、並列の、パイプライン化された、またはマルチスレッド化された命令実行を可能にするためにバスを介し結合され得る。各プロセッサは、１つまたは複数の汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、またはメモリにより提供される命令を実行するように構造化された他の好適な電子データ処理部品として実装され得る。１つまたは複数のプロセッサは、シングルコアプロセッサ、マルチコアプロセッサ（例えばデュアルコアプロセッサ、トリプルコアプロセッサ、クワッドコアプロセッサなど）、マイクロプロセッサなどの形式を採用し得る。いくつかの実施形態では、１つまたは複数のプロセッサは装置外にあってもよく、例えば１つまたは複数のプロセッサは遠隔プロセッサ（例えば、クラウドベースプロセッサ）であり得る。その代りにまたは追加的に、１つまたは複数のプロセッサは装置の内部および／または局所に存在し得る。この点に関し、その所与の回路または部品は、局所的に（例えばローカルサーバ、ローカルコンピューティングシステムなどの一部として）または遠隔的に（例えばクラウドベースサーバなどの遠隔サーバの一部として）配置され得る。そのために、本明細書で説明した「回路」は１つまたは複数の場所全体にわたり分散された部品を含み得る。本開示は、様々な動作を遂行するためのいかなる機械可読媒体における方法、システムおよびプログラム製品をも企図する。本開示の実施形態は、既存のコンピュータプロセッサを使用して、このまたは別の目的のために組み込まれた適切なシステム用の専用コンピュータプロセッサによって、あるいは、配線接続されたシステムによって実装することができる。本開示の範囲内の実施形態は、格納された機械実行可能命令またはデータ構造を保持するか��たは有するための機械可読媒体を含むプログラム製品を含む。そのような機械可読媒体は、汎用もしくは専用コンピュータまたはプロセッサを伴う他の機械によるアクセスが可能な利用可能ないかなる媒体でもあり得る。例示として、そのような機械可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭまたは他の光ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶装置、あるいは、機械実行可能命令またはデータ構造の形態の所望のプログラムコードを保持または格納するために使用することができ、汎用もしくは専用コンピュータまたはプロセッサを伴う他の機械によるアクセスが可能な他の任意の媒体を含み得る。上記の組合せもまた、機械可読媒体の範囲内に含まれる。機械実行可能命令は、例えば、ある特定の機能または機能グループを汎用コンピュータ、専用コンピュータまたは専用処理機械に実行させる命令およびデータを含む。
【図１】
2020012628.tif 000059
【図２】
2020012628.tif 000060
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020012628.tif 000066
【図９】
2020012628.tif 000067
【図１０】
2020012628.tif 000068
【図１１】
2020012628.tif 000069
【図１２】
2020012628.tif 000070
【図１３】
2020012628.tif 000071
【外国語明細書】
2020012628000001.pdf