(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセンサを用いて環境維持モジュールを制御する方法であって、前記方法が：
前記センサの各々からの環境測定値の第１のセットを受け取るステップと；
前記環境測定値と複数の参照値との差であって、各々が各環境測定値と対応する参照値との間である差を判定するステップと；
前記環境維持モジュールの動作パラメータの変動値を演算するステップであって、前記動作パラメータが前記環境維持モジュールのアクチュエータに対応し、前記差の少なくとも２つを含む合計から判定される変動値を演算するステップと；
前記変動値から前記動作パラメータの新たな値を判定するステップと；
前記環境維持モジュールに前記動作パラメータの新たな値を伝えるステップと；
を具えており、
前記動作パラメータの新たな値が、前記差の少なくとも２つに基づいて、対応する前記アクチュエータの動作を変えることを特徴とする方法。
【請求項２】
さらに、前記環境維持モジュールの少なくとも１の追加動作パラメータの少なくとも１の追加変動値を演算するステップを具えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記動作パラメータの新たな値が、比例−積分−微分（ＰＩＤ）オブジェクトを用いて判定されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記動作パラメータの新たな値を特定の範囲に制限するステップと、
制限された出力に基づいてＰＩＤオブジェクトをリセットするステップと、
を具えることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
さらに、前記参照値が、温度設定を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記環境維持モジュールが、ＨＶＡＣユニットであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
さらに、少なくとも１の追加環境維持モジュールの少なくとも１の追加変動値を演算するステップを具えており、
前記環境維持モジュールの動作パラメータの変動値を演算するステップが、伝達マトリクスＧの逆行列に前記差を乗算するステップを有しており、
前記伝達マトリクスＧが、前記センサからの環境測定値に動作パラメータを関連付けることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記逆行列が、擬似逆行列であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
複数のセンサを用いて環境維持モジュールを制御する方法であって、前記方法が：
前記センサの各々からの環境測定値の第１のセットを受け取るステップと；
前記環境測定値と複数の参照値との差であって、各々が各環境測定値と対応する参照値との間である差を判定するステップと；
前記環境維持モジュールの動作パラメータの変動値であって、前記差の少なくとも２つから得られる寄与を有する変動値を演算するステップと；
少なくとも１の追加環境維持モジュールの少なくとも１の追加変動値を演算するステップであって、前記環境維持モジュールの動作パラメータの変動値を演算するステップが、伝達マトリクスＧの逆行列に前記差を乗算するステップを有しており、前記伝達マトリクスＧが、前記センサからの環境測定値に動作パラメータを関連付ける、ステップと；
いずれのセンサ又はいずれのモジュールが現在作動しているかに関連する状態マトリクスを乗算することによって、前記伝達マトリクスＧを変更するステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
前記状態マトリクスが、対応するセンサ又はモジュールが停止又は故障した場合に、各次元に沿ったゼロ値を有することを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記伝達マトリクスが、各環境維持モジュールの各動作パラメータの変動によって発生した各センサの環境測定値の増加／減少量に関係することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
前記伝達マトリクスが、前記環境維持モジュールの動作パラメータの総数である１つの次元と、センサの数である別の次元を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各センサからの測定値を使用して、環境維持モジュールごとの前記動作パラメータの変動値を演算することを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１４】
前記伝達マトリクスＧの逆行列が、次数を減らした擬似逆行列であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項１５】
複数のセンサを用いて環境維持モジュールを制御する方法であって、前記方法が：
前記センサの各々からの環境測定値の第１のセットを受け取るステップと；
前記環境測定値と複数の参照値との差であって、各々が各環境測定値と対応する参照値との間である差を判定するステップと；
前記環境維持モジュールの動作パラメータの変動値であって、前記差の少なくとも２つから得られる寄与を有する変動値を演算するステップと；
少なくとも１の追加環境維持モジュールの少なくとも１の追加変動値を演算するステップであって、前記環境維持モジュールの動作パラメータの変動値を演算するステップが、伝達マトリクスＧの逆行列に前記差を乗算するステップを有しており、前記伝達マトリクスＧが、前記センサからの環境測定値に動作パラメータを関連付けており、前記伝達マトリクスＧの逆行列が、次数を減らした擬似逆行列である、ステップと；
前記次数を減らした擬似逆行列を判定するステップと；
を具えており、前記判定するステップが：
Ｇの特異値分解を演算するステップと；
有意なものとして前記特異値分解から得られる多くの有意な特異値を特定するステップと；
前記伝達マトリクスＧと前記有意な特異値に関する右特異ベクトルのマトリクスＶとを乗算して、得られるマトリクスを与えるステップと；
前記得られるマトリクスの逆行列を演算して、前記次数を減らした擬似逆行列を与えるステップと；
を有することを特徴とする方法。
【請求項１６】
複数のセンサを用いて環境維持モジュールを制御するためのシステムであって、前記システムが：
前記センサの各々からの環境測定値の第１のセットを受け取るための入力インタフェースと；
１又はそれ以上のプロセッサであって：
前記環境測定値と複数の参照値との差であって、各々が各環境測定値と対応する参照値との間である差を判定し、
前記環境維持モジュールの動作パラメータについての変動値であって、前記動作パラメータが前記環境維持モジュールのアクチュエータに対応しており、前記差の少なくとも２つを含む合計から判定される変動値を演算し、
前記変動値から前記動作パラメータの新たな値を判定し、
前記環境維持モジュールに前記動作パラメータの新たな値を伝え、前記動作パラメータの新たな値が、前記差の少なくとも２つに基づいて、対応する前記アクチュエータの動作を変える、
よう構成されたプロセッサと；
前記環境維持モジュールに、前記動作パラメータについての新たな値を送るための出力インタフェースと；
を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１７】
さらに、前記１又はそれ以上のプロセッサが、少なくとも１の追加環境維持モジュールについての少なくとも１の追加変動値を演算するよう構成されており、
前記環境維持モジュールの前記動作パラメータの前記変動値の演算が、前記差と伝達マトリクスＧの逆行列とを乗算することを有しており、
前記伝達マトリクスＧが、前記センサからの環境測定値に動作パラメータを関連付けることを特徴とする請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
複数のセンサを用いて環境維持モジュールを制御するためのシステムであって、前記システムが：
前記センサの各々からの環境測定値の第１のセットを受け取るための入力インタフェースと；
１又はそれ以上のプロセッサであって：
前記環境測定値と複数の参照値との差であって、各々が各環境測定値と対応する参照値との間である差を判定し、
前記環境維持モジュールの動作パラメータについての変動値であって、前記変動値が前記差の少なくとも２つから得られる寄与を有する変動値を演算し、
少なくとも１の追加環境維持モジュールについての少なくとも１の追加変動値を演算し、前記環境維持モジュールの前記動作パラメータの前記変動値の演算が、前記差と伝達マトリクスＧの逆行列とを乗算することを有しており、前記伝達マトリクスＧが、前記センサからの環境測定値に動作パラメータを関連付けるものであり、
いずれのセンサ又はいずれのモジュールが現在動作中であるかに関連する状態マトリクスを乗算することによって、前記伝達マトリクスＧを変更する、
よう構成されたプロセッサと；
前記環境維持モジュールに、前記動作パラメータについての新たな値を送るための出力インタフェースと；
を具えることを特徴とするシステム。
【請求項１９】
複数のセンサを用いて環境維持モジュールを制御するためのシステムであって、前記システムが：
前記センサの各々からの環境測定値の第１のセットを受け取るための入力インタフェースと；
１又はそれ以上のプロセッサであって：
前記環境測定値と複数の参照値との差であって、各々が各環境測定値と対応する参照値との間である差を判定し、
前記環境維持モジュールの動作パラメータについての変動値であって、前記変動値が前記差の少なくとも２つから得られる寄与を有する変動値を演算し、
少なくとも１の追加環境維持モジュールについての少なくとも１の追加変動値を演算し、前記環境維持モジュールの前記動作パラメータの前記変動値の演算が、前記差と伝達マトリクスＧの逆行列とを乗算することを有しており、前記伝達マトリクスＧが、前記センサからの環境測定値に動作パラメータを関連付ける、
よう構成されたプロセッサと；
前記環境維持モジュールに、前記動作パラメータについての新たな値を送るための出力インタフェースと；
を具えており、
前記伝達マトリクスＧの逆行列が、次数を減らした擬似逆行列であり、
前記１又はそれ以上のプロセッサが、前記次数を減らした擬似逆行列を判定するよう構成されており、前記判定が：
Ｇの特異値分解を演算するステップと；
有意なものとして前記特異値分解から得られる多くの有意な特異値を特定するステップと；
前記伝達マトリクスＧと前記有意な特異値に関する右特異ベクトルのマトリクスＶとを乗算して、得られるマトリクスを与えるステップと；
前記得られるマトリクスの逆行列を演算して、前記次数を減らした擬似逆行列を与えるステップと；
を有することを特徴とするシステム。
【請求項２０】
複数のセンサを用いて複数の環境維持モジュールを制御する方法であって、前記方法が：
前記センサからの環境測定値の第１のセットを受け取るステップと；
前記環境測定値と複数の参照値との差であって、各々が各環境測定値と対応する参照値との間である差を判定するステップと；
第１の環境維持モジュールの第１の動作パラメータについての第１の変動値であって、第１のセンサに関する差を有する第１の寄与から判定される前記第１の変動値を演算するステップであって、前記第１の動作パラメータが、前記第１の環境維持モジュールの第１のアクチュエータに対応する、ステップと；
前記第１の変動値から前記第１の動作パラメータの第１の新たな値を判定するステップと；
前記第１の環境維持モジュールに前記第１の動作パラメータの第１の新たな値を伝えるステップであって、前記第１の動作パラメータの新たな値が、前記第１のアクチュエータの動作を変える、ステップと；
第２の環境維持モジュールの第２の動作パラメータについての第２の変動値であって、第１のセンサに関する差を有する第２の寄与から判定される前記第２の変動値を演算するステップであって、前記第２の動作パラメータが、前記第２の環境維持モジュールの第２のアクチュエータに対応する、ステップと；
前記第２の変動値から前記第２の動作パラメータの第２の新たな値を判定するステップと；
前記第２の環境維持モジュールに前記第２の動作パラメータの第２の新たな値を伝えるステップであって、前記第２の動作パラメータの第２の新たな値が、前記第２のアクチュエータの動作を変える、ステップと；
を具えることを特徴とする方法。
【請求項２１】
前記環境維持モジュールの前記動作パラメータの前記第１及び第２の変動値を演算するステップが、前記差と伝達マトリクスの逆行列とを乗算するステップを有しており、
前記伝達マトリクスが、前記センサからの環境測定値に動作パラメータを関連付け、
前記第１の環境維持モジュールについての前記動作パラメータを前記第１のセンサに関連付ける第１の伝達マトリクス成分が、前記第２の環境維持モジュールについての前記動作パラメータを前記第１のセンサに関連付ける第２の伝達マトリクス成分とは異なることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２００８年３月３日に出願されたＣｌｉｆｆｏｒｄ  Ｃ．Ｆｅｄｅｒｓｐｉｅｌによる「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＣＯＯＲＤＩＮＡＴＩＮＧ  ＴＨＥ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＨＶＡＣ  ＵＮＩＴＳ」と題される米国仮特許出願第６１／０３３，１５４号（代理人管理番号０２７３３２−０００１００ＵＳ）、及び２００９年２月２日に出願されたＣｌｉｆｆｏｒｄ  Ｃ．Ｆｅｄｅｒｓｐｉｅｌによる「ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ  ＦＯＲ  ＣＯＯＲＤＩＮＡＴＩＮＧ  ＴＨＥ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＨＶＡＣ  ＵＮＩＴＳ」と題される米国仮特許出願第６１／１４９，２７３号（代理人管理番号０２７３３２−０００１０１ＵＳ）に基づく優先権の利益を主張するものであり、それらの内容全体がここに引用されている。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、加熱、排気、及び空調（ＨＶＡＣ）システムに関し、特に、共用部分を調整する複数のＨＶＡＣユニットを有するシステムの制御に関する。
【０００３】
現代のビルは、一般に、ＨＶＡＣユニットを使用して、室内の温度、気圧、通気度、及び他の変数を制御する。多くのケースにおいて、これらのビルは、空間がＨＶＡＣユニットによって温度制御且つ湿度制御される仕切りの無い構造を有する。いくつかのケースにおいて、加熱、冷却、加湿機構、及びファンが１つのパッケージ化されたユニットに存在するため、これらのＨＶＡＣユニットはユニタリシステムと称される。
【０００４】
ユニタリ機器の１つの適用例は、データセンタの冷却及び加湿制御用である。このような適用例では、通常、データセンタにわたって分布した多くのＨＶＡＣユニットを有する。それらは、多くの場合、据置型のユニットであるが、壁掛け式、ラックマウント式、又は天井取り付け式でもよい。ＨＶＡＣユニットは、多くの場合、上げ床のプレナム、空気ダクトのネットワーク、又はデータセンタの戸外に冷気を提供する。データセンタ自身、又は大規模なデータセンタの大部分は、一般に、間仕切りの無い構造を有しており、すなわち、データセンタのある部分の空気を別の部分の空気から分ける常設のパーティションが無い。
【０００５】
ユニタリ機器の別の適用例は、小売店といった商業ビルの冷却及び加湿制御のためのものである。このような適用例では、通常、ビルの屋上に分布した多くのＨＶＡＣユニットを有する。ＨＶＡＣユニットは、一般に、空気ダクトのネットワークに又は店の間仕切りの無い空間に直接的に冷気を提供する。ビル自身、又はその大部分は、一般に、間仕切りの無い構造であり、ビルのある部分の空気を別の部分の空気から分ける常設のパーティションが無い。
【０００６】
データセンタ又は小売店といった間仕切りのない空間のためのＨＶＡＣユニットは、一般に、分散化した独立型の制御で作動する。データセンタのＨＶＡＣユニットのケースでは、通常、各ユニットが、データセンタからユニットに入ってくる空気の温度及び湿度を制御する目的で作動する。例えば、ＨＶＡＣユニットは、ユニットに入ってくる空気の温度及び湿度を判断するセンサを含んでいる。このようなセンサの測定値に基づいて、ＨＶＡＣの制御は、ユニットに入ってくる空気の温度及び湿度を変える目的でユニットの作動を変え、そのユニットに関する設定ポイントに揃える。
【０００７】
通常、これらのユニットは近接して配置されているため、このような作動方法により、多くの場合１つのユニットが他のユニットと競合し、これにより、温度及び湿度が揺らいでしまう。いくつかのケースにおいて、１つのユニットが加熱する一方、他のユニットが冷却することで、同時に加熱及び冷却することにより無駄に浪費してしまう。このような問題は、ユニットが様々な設定ポイント（例えば、保持すべき温度）で構成されているという事実により、及び湿度制御が温度制御と組み合わさっているという事実により、ユニット間のセンサのエラーによって悪化する。
【０００８】
屋上ユニット及び仕切りの無い構造を有する小売店又は他の商業ビルでは、状況は同じである。ユニットが、各ユニットが店に配置された１つのセンサによって測定される温度を制御しとうとする独立型制御で作動する。仕切り無い構造により、センサ間の空気の自由な気流が可能となり、１つのユニットの作動が別のユニットの作動と組み合わさる。接近したセンサ又はユニットの配置、センサのエラー、及びＨＶＡＣユニットに関する異なった設定ポイントといった問題により、不安定さ及びユニット間の同時の加熱及び冷却をもたらす。
【０００９】
データセンタに関する代替的な方法は、ユニットに配置された１つのセンサの代わりに、データセンタに配置されたセンサに基づいて各ユニットを制御することである。Ｂａｓｈらの米国特許出願２００６／０２０６２９１Ａｌは、間仕切りの無いデータセンタの複数のセンサを１組のアクチュエータに割り当てるための方法を説明しており、一般に、センサよりもアクチュエータが少ない。このようなアクチュエータに割り当てられた１組のセンサから選択される１つの制御センサに基づいて、各アクチュエータを制御する（すなわち、加熱又は冷却）。Ｂａｓｈは１つの制御センサを選択するためのオプションを提供するが、接近するセンサ又はユニットに配置、センサのエラー、及び異なる設定ポイントに関する同じような問題により、不安定さ及びユニット間の同時の加熱及び冷却を引き起こす可能性がある。
【００１０】
データセンタ、小売店、及び間仕切りの無い他のビルのＨＶＡＣユニットの分散制御の別の問題は、制御が耐障害性を有しないことである。１つのＨＶＡＣユニット又はその最終制御要素が１つが故障する場合、又はＨＶＡＣユニットが故意にオフラインとなった場合、他のユニットの制御は、故障又は停止したユニットを補償することができない。
【００１１】
このため、ユニット間を結合する且つ耐障害性のための機構を提供する方法及びシステムを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【００１２】
本発明の実施例が、センサを用いた環境保持（例えば、ＨＶＡＣユニット）モジュールを監視するためのシステム及び方法を提供する。重複するセンサセットを使用して、各ＨＶＡＣユニットを制御し、共用の制御部分の複数のＨＶＡＣユニットの結合効果を説明する。また、実施例は、制御される環境変数の空間的変化を都合良く確実に最小限にすることで、効果を増大させ、従業員及び顧客にとって快適な一様な温度を提供する。
【００１３】
例えば、環境の測定値（例えば、温度、湿度、気圧）をセンサから受信する。各センサについての誤差又は差分値を参照値（例えば、設定温度）に対して判定する。所望の環境設定値を保持するために、各モジュールの動作パラメータ（例えば、ファンのスピード）の変化を各差分値の寄与から計算する。一態様では、伝達マトリクスを使用して、差分値に重みを付け、各寄与を合計してパラメータの全体的変化を得ることができる。これを、各モジュールの各パラメータについて行う。
【００１４】
１つの典型的な実施例によれば、複数のセンサを用いて環境保持モジュールを制御する方法が提供される。環境測定値の第１のセットを受信する。各環境測定値は、センサの各１つからのものである。環境測定値と複数の参照値との間の差を判定する。各差異は、各環境測定値と対応する参照値との間の差である。環境維持モジュールの動作パラメータに関する変動値を計算する。変動値は、少なくとも２つの差異からの寄与を有する。
【００１５】
別の典型的な実施例によれば、複数のセンサを用いた環境維持モジュールを制御するためのシステムが提供される。入力インタフェースが、環境測定値の第１のセットを受信する。各環境測定値は、センサの各１つからのものである。１又はそれ以上のプロセッサが、環境測定値と複数の参照値との間の差異を判断するよう構成される。各差異は、各環境測定値と対応する参照値との間の差異である。また、１又はそれ以上のプロセッサが、環境測定値モジュールの動作パラメータに関する変動値を計算するよう構成されている。変動値は、少なくとも２つの差異からの寄与を有する。出力インタフェースが、環境測定値モジュールに動作パラメータに関する新たな値を送信する。
【００１６】
別の典型的な実施例によれば、複数のセンサを用いた複数の環境測定値モジュールを制御する方法が提供される。環境測定値の第１のセットが受信される。各環境測定値は、センサの各１つからのものである。環境測定値と複数の参照値との間の差異を判断する。各差異は、各環境測定値と対応する参照値との間の差異である。第１の変動値は、第１の環境維持モジュールに関する動作パラメータから計算される。第１の変動値は、第１のセンサに関連する差異からの第１の寄与を有する。第２の変動値が、第２の環境維持モジュールに関する動作パラメータについて計算される。第１の寄与が第２の寄与とは異なる場合、第２の変動値は、第１のセンサに関する差異からの第２の寄与を有する。
【００１７】
本発明の特性及び利点のより良い理解が、以下の詳細な説明及び添付図面を参照して得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施例に係るデータセンタの平面図である。
【図２】図２は、本発明の実施例に係る１つのルーフトップユニットによって調整される仕切りのないビルの平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施例に係る、ビルに環境条件の保持を提供するための制御システム３００のブロック図である。
【図４】図４は、本発明の実施例に係る、環境保持モジュールを制御する方法を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本発明の実施例に係る、センサのセットに同じ効果を有する環境保持モジュールを制御する方法５００を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施例に係る、６つのアクチュエータを有するシステムに関する特異値を示す。
【図７】図７は、本発明の実施例に係る、アクチュエータに入力される値を制約するための方法７００を示すフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施例に係る、準定常状態の伝達マトリクスＧを計算するための方法８００を示すフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の実施例に係る、コンピュータルームの空調ユニット９００の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
実施例が、センサを用いて環境維持（例えば、ＨＶＡＣユニット）モジュールを制御するためのシステム及び方法を提供する。共用の制御部分についての複数のＨＶＡＣユニットの結合効果を説明するために、センサは、各ＨＶＡＣユニットを制御するよう使用される重複するセンサのセットから成るものでよい。また、実施例は、制御される環境変数の空間的変化を都合良く確実に最小限にすることで、効果を増大させ、従業員及び顧客にとって快適な一様な温度を提供する。
【００２０】
Ｉ．システム
図１は、本発明の実施例に係るデータセンターのフロアプランを示す。周囲壁１は、データセンタの周囲壁又は小売店といった商業ビルの周囲壁とすることができる。データセンターは、複数のＨＶＡＣユニット２、複数の環境センサ３，及び複数のサーバラック４を有する。図示するように、ＨＶＡＣユニットはコンピュータルームの空調（ＣＲＡＣ）ユニットである。
【００２１】
一実施例では、ＨＶＡＣユニット２は、データセンタに気流を出してサーバラック４のサーバを冷やす単一式機器である。一態様では、ＨＶＡＣユニット２は、それを通過する空気を冷却、加熱、加湿、又は除湿し得る。環境センサ３は、温度又は湿度といった環境パラメータを測定する装置である。環境センサ３は、有線又は無線通信手段（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ、Ｗｉｍａｘ、Ｚｉｇｂｙ、又は他の適用可能なプロトコル）といった方法により、測定値（表示値とも称される）を送信し得る。
【００２２】
図２は、本発明の一実施例に係る単一式ルーフトップ型ユニットの設備を施した、間仕切りの無いビルの平面図である。本実施例では、ＨＶＡＣユニットは、ルーフトップ型ユニット（ＲＴＵ）２である。周囲壁５は、このようなビル又は商店の中の小売店又はスペースといった商業ビルの外側又は内側壁である。図示するように、有線通信が、ＲＴＵ２と特定のＲＴＵの近傍のセンサ３との間に行われるが、無線通信も使用し得る。また、商品ラック６及び商店のレジカウンタ７が示されている。
【００２３】
図３は、本発明の一実施例に係る、ビルの環境条件を維持するための制御システム３００のブロック図である。本実施例では、制御システム３００が、ＨＶＡＣユニット２、複数の環境センサ３、及び監視用コントローラ１５を具える。ＨＶＡＣユニット２は、例えば、ファン、バルブ、又は温度素子といった、最終制御要素（アクチュエータとも称される）を有しており、スペースの環境を維持するのに使用し得る。一態様では、監視用コントローラ１５が、最終制御要素間の相互結合部が補償されるように、協調的方法で最終制御要素を制御する。
【００２４】
ＨＶＡＣユニット
監視用コントローラ１５は、各ＨＶＡＣユニット２の入力部１２にコマンドを算出することによって、複数のＨＶＡＣユニット２の作動を調整する。コマンドは、センサ３が読み込む環境センサに基づいて計算される。入力部１２は、様々な異なるＨＶＡＣユニット２及び／又はＨＶＡＣユニット２の中のデバイス又は回路に対応し得る。
【００２５】
一実施例では、ＨＶＡＣユニット１の入力部１は、（例えば、冷却バルブのための）１つのアクチュエータの動作パラメータに対応し、ＨＶＡＣユニット１の入力部２は、同じＨＶＡＣユニット１の異なるアクチュエータに対応し得る。別の実施例では、ＨＶＡＣユニット２のいくつかが、１つの入力部のみを有する。
【００２６】
別の実施例では、１つの入力部が、ＨＶＡＣユニット２の温度の設定ポイントとなり得る。例えば、設定ポイントは、ＨＶＡＣユニット２によって排出された空気の所望の温度、又はユニットに戻る空気の所望の温度とし得る。他の入力部は、湿度（又は加湿器の命令）に関する設定ポイント、又は可変周波数駆動（ＶＦＤ）への命令とし得る。
【００２７】
一実施例では、各ＨＶＡＣユニットは同じ数の入力部を有しており、それぞれがＨＶＡＣユニットの１つのアクチュエータに対応する。別の実施例では、異なるＨＶＡＣユニットが異なる数のアクチュエータを有する。このような実施例では、センサの数が、ＨＶＡＣユニットのいくつかが他のＨＶＡＣユニットよりも機能的ではない場合でも、同じ状態のままである。
【００２８】
センサの数が同じ状態のままである理由は、１つには、センサがここで説明するように、各アクチュエータに作用するためである。例えば、温度アクチュエータ（例えば、冷却バルブ）は、周囲環境が十分に寒い場合に凝縮液が冷却コイルに形成される場合、湿度に作用する。同様に、湿度アクチュエータ（例えば、赤外線加湿器及び蒸発冷却バルブ）が、赤外線加湿器が湿度を上げ又は蒸発冷却器が湿度を上げる場合に、温度に作用する。
【００２９】
センサ
環境センサ３は、例えば、有線又は無線通信手段（Ｗｉ−Ｆｉ、Ｗｉｍａｘ、Ｚｉｇｂｙ、又は他の適用なプロトコル）によって、その測定値を監視用コントローラ１５に送信する。センサの実施例は、温度センサ、湿度センサ、及び圧力センサを有する。環境センサ３は、ランダムに又は規則的なパターンにしたがって位置している。また、環境センサ３をセンサ群又は独立して配置されたセンサを介して組織化し得る。
【００３０】
一実施例では、監視用コントローラ１５により、環境センサの測定値Ｆが参照値８の関連セットにできる限り近づき得る。別の実施例では、監視用コントローラ１５が、機能しないＨＶＡＣユニット２、機能しない最終制御素子、又は故意に停止したＨＶＡＣユニット２を自動的に補償する。
【００３１】
一実施例では、監視用コントローラ１５は、各環境センサに関する所望の参照値８のセットを、例えば、フラッシュメモリ、キャッシュ、又は他の適したメモリといった、内部に記憶する。他の実施例では、参照値８を、例えばディスクドライブ又は光ドライブといった外部に記憶し得る。動作時に、監視用コントローラ１５は、ＨＶＡＣユニット２の入力部を調整して、環境センサ３からの値を所望の参照値８の近傍に保持する。
【００３２】
一実施例では、否定ブロック１４が、負の値を有するようセンサの測定値を変える（例えば、−１をかける）。このような方式では、負のフィードバックを与えるために、加算演算器１０が、減算の代わりに和を計算し、参照値８とセンサの測定値との間の差を与える。
【００３３】
ＨＶＡＣへの入力
一実施例では、監視用コントローラ１５は、入力部１２に与えられた命令を計算し、ＨＶＡＣユニット２の最終制御素子（例えば、アクチュエータ）のために直接的に使用する。入力部１２に送られるこれらの命令は、例えば、有線又は無線通信手段によって与えられる。
【００３４】
別の実施例では、監視用コントローラ１５は、ＨＶＡＣユニット２のローカルなデジタル制御器（例えば、マイクロプロセッサベースの制御）によって使用される入力部１２への命令を計算する。一態様では、ユニットのローカルなデジタル制御器への各入力部は、ユニットのアクチュエータに対応する。そして、ローカルなデジタル制御器は、最終制御素子に送られる最終的命令を判断する。例えば、ローカルなデジタル制御器は、アクチュエータのためにアナログ信号にデジタル信号を変換し、又はアクチュエータによって使用し得る信号プロトコルを変換する。
【００３５】
また、ローカルなデジタル制御器は、ローカルな制御ループを介して特定の設定値にアクチュエータを保持するよう動作する。このように、監視用コントローラ１５は、最終制御素子を直接的に命令するのではなく、ローカルなデジタル制御器のローカルな制御ループの設定ポイントを命令する。
【００３６】
状態表示器
一実施例では、監視用コントローラ１５は、環境センサ３及び／又はＨＶＡＣユニット２から状態表示器１３を受信するための手段を有する。状態表示器１３を、具体例としてＨＶＡＣユニット２及びセンサ３とは別々に示す。
【００３７】
一実施例では、ＨＶＡＣユニット２の状態表示器１３が、ＨＶＡＣユニット２のローカルなデジタル制御器から取得し得る。これらのローカルなデジタル制御器は、監視用コントローラ１５によって質問され、ローカルなデジタル制御器又はＨＶＡＣユニット２が「オン」又は「オフ」であるかどうかを判断し得る。ユニットが「オフ」である場合、ユニットのアクチュエータに関する状態表示器１３が、例えば、ゼロになる。
【００３８】
別の実施例では、環境センサ３が、特定の且つ容易に検出される故障モードを有する。一態様では、ある故障モードは、ゲートウェイ例えば監視用コントローラ１５のネットワークインタフェースがセンサと通信できないことを意味する、「到達不能」である。別の故障モードは、範囲外電圧（０ボルト又は１．５ボルトのいずれか）であり、０ボルトは、センサのプローブが短絡していることを意味し、１．５ボルトはセンサのプローブが開回路を有し又は欠落していることを示す。これらの故障のいずれもセンサに関するゼロの状態表示につながる。
【００３９】
ＩＩ．エラーを制御するためのエラーの翻訳フィードバック
図４は、本発明の一実施例に係る環境保持モジュール（例えば、ＨＶＡＣユニット）を制御する方法４００を表すフローチャートを示す。本方法を説明するために、図３を参照して説明することとする。
【００４０】
ステップ４０５で、監視用コントローラ１５が、環境センサ３から値Ｆを取得する。値Ｆは、環境センサ３からの測定値である。Ｆはベクトルとみなすことができ、各成分が異なる測定値に対応する。様々なタイプのセンサを１つのユニットであるが異なるセンサのとしてパーゲージ化し得ることに留意されたい。
【００４１】
ステップ４１０では、監視用コントローラ１５が、状態表示器１３から状態値を取得する。例えば、状態値を擬似逆行列計算器１０によって所得し得る。一実施例では、状態表示器１３は、処理されるデジタル及び／又はアナログデータから得られる論理演算の出力であり、センサ又はアクチュエータが作動しているか否かを判定する。
【００４２】
ステップ４１５で、監視用コントローラ１５が、所望の参照値Ｒと環境センサ３からの対応する値Ｆとの間のそれぞれの差を計算する。一実施例では、監視用コントローラ１５の加算演算器９を使用して、差分計算を実行する。加算演算器９への入力は所望の参照値８であり、環境センサ３からの出力である。一態様では、計算を以下のようにして実行する：
0005524090.tif 000002
ここで、Ｅｆは、フィードバックエラーであり、Ｒは、所望の参照値８のベクトルであり、Ｆは、環境センサ３からの対応する測定値のベクトルである。加算演算器９の出力は、擬似逆行列計算器１０に入力される。
【００４３】
ステップ４２０で、変換行列Ｇが、例えば、ローカル又は（例えば、ネットワーク接続された）外部メモリから検索される。Ｇは、プロセス１６への入力（例えば、入力１２）をプロセス１６への出力（例えば、センサ３の出力）に関連付けるマトリクスの値である。一態様では、Ｇのｉ番目の行及びｊ番目の列の要素が、ｊ番目の最終制御素子をｉ番目のセンサに関連付ける変換関数である。
【００４４】
一実施例では、各マトリクスの成分は関数（例えば、ラプラス変換）である。別の実施例では、マトリクスの成分は数値（例えば、ｓ＝０のときのラプラス変換の値）である。一態様では、数値を使用することで静的な分離を与える。
【００４５】
一実施例では、Ｇの値は、ｊ番目の最終制御素子の値の変化によって分割されるｉ番目の環境センサの測定値の変化に等しい。例えば、ｉ番目の行且つｊ番目の列のＧの成分は、ｊ番目の入力によって分割されるｉ番目の出力となる。
【００４６】
一般に、Ｇの成分は周波数に依存する。一実施例では、定常状態又は「準定常状態」とも称される定常状態に近い場合（ゼロ周波数）のＧの値を使用する。Ｇを生成する方法を図８を用いて以下で説明する。
【００４７】
ステップ４２５で、変換マトリクスＧを状態表示器に基づいて任意に修正する。一実施例では、Ｇは、Ｇと同一の次元であるが各最終制御素子の状態に関する情報を含む状態マトリクスＳによって素子間がかけ合わされる。
0005524090.tif 000003
ここで、「．＊」演算は、素子間の乗算を示す。
【００４８】
一実施例では、状態マトリクスＳは、対応する最終制御素子が演算可能である場合、全ての列の全ての成分（すなわち、作動しているセンサ）に関する１の値を有する結合行列である。ＨＶＡＣユニット２が「オフ」の場合に、そのユニットの最終制御素子に対応するＳの列はゼロである。センサが「オフ」の場合に、Ｓの列がセンサがゼロの場合に対応する。当業者は、適切なＧの成分が様々な方法でゼロになることを理解するであろう。
【００４９】
したがって、実施例は、故障又は停止したユニットを自動的に都合良く補償し得る。特に、実施例は、１又はそれ以上のＨＶＡＣユニット２が遮断され又は故障した場合、共用の制御スペースに関する複数のＨＶＡＣユニットの効果を説明し得る制御方法を提供する。
【００５０】
ステップ４３０で、（逆数、擬似逆行列、又はＭｏｏｒｅ−Ｐｅｎｒｏｓｅ擬似逆行列といった）Ｇｓの逆数が計算される。一実施例では、これは、Ｇｓの特異値分解によって計算される。Ｇｓの特異値分解は、以下のようにして計算される：
0005524090.tif 000004
ここで、Ｕは左側の特異ベクトルのマトリクスであり、Σは、特異値の対角行列であり、Ｖは右側の特異ベクトルのマトリクスであり、Ｖ＊はＶの共役転置行列である。Ｇｓの擬似逆行列は、以下のようにして計算される：
0005524090.tif 000005
ここでＵ＊は、ＵのＶの共役転置行列であり、Σは、逆数によって置換される全て非ゼロエントリーの対角行列である。一実施例では、Σの非ゼロエントリーが閾値よりも小さい場合、Σ＋の要素がゼロに設定される。
【００５１】
別の実施例では、擬似逆行列の計算がＱＲ因数分解を使用する。
【００５２】
状態表示器１３の値が変わった場合、又は伝達関数マトリクスＧの値を変えるような状態に至った場合、監視用コントローラ１５が、擬似逆行列計算器１０でＧの擬似逆行列を再計算する。
【００５３】
ステップ４３５で、監視用コントローラ１５が、以下のように逆行列とフィードバックエラーの積として制御エラーＥｃを計算する。
0005524090.tif 000006
Ｅｃは、各ＨＶＡＣユニット２の最終制御素子のそれぞれに関する（設定ポイント、デジタル制御値、又はアナログ命令信号）操作パラメータの計算誤差（変動値の一例）である。
【００５４】
ステップ４４０で、監視用コントローラ１５が、各ＨＶＡＣユニット２の新たな入力を計算する。ある実施例では、Ｅｃの値を古い操作パラメータから加算して（場合によっては減らして）新たな操作パラメータを生成し得る。これらの新たな操作パラメータは、そのまま取得されＨＶＡＣユニットへの入力部１２のために使用される。
【００５５】
他の実施例では、新たな操作パラメータを前に計算された操作パラメータと組み合わせて、新たな入力を判定し得る。一実施例では、前の繰り返しからのこのような操作パラメータの組み合わせを、制御誤差Ｅｃの各値で動作する比例−積分−微分（ＰＩＤ）オブジェクト１１によって実行し得る。図３で、ＥｃはＰＩＤオブジェクト１１のバンクへの入力である。一態様では、ＰＩＤオブジェクト１１は、制御ループフィードバック機構である。ＰＩＤオブジェクト１１は、処理（例えば、処理１６）を調整し得る補正動作を計算して出力することによって、特定の制御誤差Ｅｃを補正しようとする。
【００５６】
一実施例では、ＰＩＤオブジェクト１１が、３つの別々のパラメータ：比例、積分及び微分値を計算する。比例値は、現在の誤差に対する応答を判定し、積分は、過去の誤差の合計に基づいて応答を判定し、微分は、誤差が変化する速さに対する応答を判定する。これらの３つの動作の重み付けされた合計を使用して、制御バルブの位置又は加熱要素の電力供給といった最終制御素子を介して処理１６を調整し、又はＨＶＡＣユニットの内蔵（ローカルな）デジタル制御器の設定ポイントをリセットする。
【００５７】
例えば、設定ポイントを、コンピュータルームの空調ユニットの所望の還気温度又はコンピュータルームの空調ユニットの所望の排出空気の温度とすることができる。実施例では、デジタル制御器が、冷却水バルブ、再加熱コイルのバルブ、加湿器、及びモータの可変周波数駆動のうちの１又はそれ以上の値を設定する。
【００５８】
ＰＩＤオブジェクトアルゴリズムの３つの定数を「変える」ことによって、ＰＩＤオブジェクト１１が、特定の処理要求のために作成された制御行動を提供し得る。例えば、ＰＩＤオブジェクト１１の応答を、誤差に対するＰＩＤオブジェクト１１の応答性、制御器が設定ポイントをオーバーシュート度合い、及び制御される処理の振動の度合いの観点から説明し得る。
【００５９】
一実施例では、積分器のアンチワインドアップ態様が、ＰＩＤオブジェクト１１の出力が最大出力に等しくなるように、又は制御動作がいつでも最小出力が限界値に対する出力を「押す」ように、積分項をリセットする。別の実施例では、不感帯特性が、誤差がゼロに近い場合に誤差をゼロにセットする。これらの不感帯特性を使用して、雑音又は重要でない誤差の中の他の小さな摂動による制御の変化を防止する。さらに別の実施例では、制約特性がＰＩＤオブジェクト１１の出力がユーザが規定する速さよりも速く変化するのを防止し、これは非線形減衰と同じように作用する。さらに別の実施例では、補助出力特性が、フィードフォワード制御を可能にする。
【００６０】
アクチュエータよりもセンサが多い場合
データセンター制御で使用する実施例では、概して、アクチュエータ（例えば、冷却バルブ及び加湿器）よりもセンサ３（出力）が多く存在する。ここで、擬似逆行列
0005524090.tif 000007
を使用して、最小自乗問題を解く。一態様では、擬似逆行列
0005524090.tif 000008
は、定常状態において、参照値Ｒからの最小平均自乗偏差を有する温度分布をもたらす。したがって、実施例は、最小自乗のセンスで最小となるフィードバックエラーＥｆをもたらす制御動作を都合良く生成し得る。
【００６１】
アクチュエータよりもセンサが少ない場合
別の実施例では、アクチュエータよりも少ないセンサ３を有する。そして、伝達関数マトリクスＧは、行よりも多い列を有し、擬似逆行列
0005524090.tif 000009
は固有ではない。一態様では、特異値分解を用いたＧの計算は、数値的に強固であるだけではなく、ある場合は１００％で他の場合は０％ではなく全て同じ大きさのアクチュエーションを与える「最小ノルム」解を生成する。このような演算は、多くの種類のＨＶＡＣ機器に関する効果を増加させ得る。例えば、同じレベルで冗長駆動機構（例えば、並列に作動するファン）を作動させることは、より効果的である。
【００６２】
状態マトリクスの効果
状態表示器１３を用いた実施例では、状態表示器１３がシステムにアクチュエータ又はセンサが作動しているか否かを通知する。アクチュエータが作動していない場合、故障又はオフラインになっている又は物理的過程（例えば、除湿するのに十分冷えていない冷却コイル）のいずれかにより、そのアクチュエータに関するＧの列がゼロに設定され擬似逆行列が再計算される。そして、そのアクチュエータが温度分布を変化させるよう使用できない場合、制御が温度分布を新たな最小自乗フィードバックエラーに移動させる。センサが故障している場合、Ｇの対応する行をゼロに初期化することができ擬似逆行列を再計算する。このようなゼロへの初期化は、システムに対して故障したセンサの場所の温度について関心を持たせない効果を有する。
【００６３】
ＩＩＩ．制御値へのフィードバック値の変換
ゼロ又はゼロ近傍の特異値を有するＧの特定の状態では、問題が浮上する。一実施例が、階数を減らした伝達関数マトリクス（Ｇｒ）擬似逆行列を用いることによって、このような問題を解決する。
【００６４】
Ｇのゼロ又はゼロ近傍の特異値の問題
一実施例では、制御エラーＥｃの次元は、アクチュエータの数に等しい。各制御エラーは、ＰＩＤオブジェクト１１への入力である。特にＧを判定するために使用される機能試験の際の測定ノイズと組み見合わせた冗長性又は部分的な冗長性により、このような方法が望ましくない結果を作り出す可能がある。例えば、伝達関数マトリクスを以下のように仮定する：
0005524090.tif 000010
２つの列を有するため、このようなＧは２つのアクチュエータに関する伝達マトリクスに対応する。このように、このＧについては、各アクチュエータが各センサに関して同じような効果を有する。
【００６５】
このようなケースでは、Ｇの特異値の１つがゼロであり（Ｇが１の階数を有する）、擬似逆行列は、以下のようになる：
0005524090.tif 000011
【００６６】
このようなケースでの問題は、それぞれが積分器（１つがＧ＋の各行に対応する）を潜在的に具えたフィードバックループが、１つの状態変数の制御と競合することである。Ｇが完全な特異値でない場合、問題はかなり悪化する。以下の修正伝達関数マトリクスを考える：
0005524090.tif 000012
【００６７】
このようなケースでは、特異値が０．８９及び０．０２３であるため、Ｇはフルコラム（ｆｕｌｌ  ｃｏｌｕｍｎ）の階数である。しかしながら、擬似逆行列は全く異なる：
0005524090.tif 000013
【００６８】
Ｇ＋がフィードバックエラーＥｆを制御エラーＥｃに変換することを思い起こされたい。データセンター全体が１度だけ暖かいと仮定する。これは、全てのフィードバックエラー（Ｅｆ）が−１（Ｅｆ＝[−１  −１  −１]Ｔ）に等しいことを意味し、制御エラーがＧ＋とＥｆの積であり、これによって以下のような結果を得る：
0005524090.tif 000014
【００６９】
換言すれば、全ての温度が同じ適度な高さに対して高過ぎる場合であっても、制御が逆方向に２つのアクチュエータを駆動させる。
【００７０】
一態様では、小さな特異値をゼロに設定することによって、このような問題を部分的に解決する。これにより、「階数補正した」伝達関数マトリクス（Ｇｃ）を得る。階数補正した伝達関数マトリクスの擬似逆行列は以下のとおりである：
0005524090.tif 000015
【００７１】
これにより、第１の例と同じ状況に戻され、同じ大きさ（変更箇所）に関する２つの制御エラーを得るが、１つの状態変数に（ほぼ）競合する２つの積分器を依然として有する。実施例は、「顕著な」特異値が有するのと同じ数の行を有する逆数を生成する解決法を提供する。
【００７２】
階数を減らした擬似逆行列の計算
図５は、本発明の一実施例に係る、センサのセットに関する同じ効果を有する環境維持モジュールを制御する方法５００を示すフローチャートである。一態様では、図３の監視用コントローラ１５、又は他のプロセッサで方法５００を実施し得る。伝達マトリクスＧにおいてゼロに近い特異値に直面する場合、本実施例は、階数を減らした擬似逆行列
0005524090.tif 000016
を計算することによって、効果的制御を提供する。
【００７３】
一実施例では、伝達マトリクスＧの擬似逆行列に「有意の」特異値に対応する右特異ベクトルを掛けることによって、
0005524090.tif 000017
を計算する。Ｖｒを、有意な特異ベクトルに対応する右特異ベクトルのマトリクスとすると、
0005524090.tif 000018
である。上述したケースの場合、
0005524090.tif 000019
である。このような階数を減らした擬似逆行列は単に１行のみを有するため、本実施例のフィードバックループは、Ｇの有効階数と同じ１の積分器のみを有する。
【００７４】
ステップ５０５において、伝達関数マトリクス（Ｇ）が、例えば、データベースに受け入れられる。一態様では、これは、各ＣＡＲＣユニットのアクチュエーションを摂動させて、センサに関するその効果を判定することによって達せられる試行／作業ステップであり、図８に詳細に説明されている。
【００７５】
ステップ５１０で、Ｇの特異値分解を計算することで、Ｕ、Σ、及びＶを戻す。Ｕは、左特異ベクトルのマトリクスで、Σは、特異値の対角行列で、Ｖは、右特異ベクトルのマトリクスである。
【００７６】
ステップ５１５で、多くの有意な特異値Ｎｓを判定する。Ｎｓは、適切な方法を介して判定し得る。
【００７７】
一実施例では、最大特異値の予め特定した割合（例えば、２０％）といった閾値を超える特異値を選択し得る。本方法の利点は、それがシンプルであることである。欠点は、パーセントの閾値を選ぶための良好な規則が無いことである。
【００７８】
別の実施例は、行の合計（行の全ての要素の合計）を有する
0005524090.tif 000020
をもたらすＧの最大特異値を選択する。また、これらの特異値は、同じ符号を具えたＵの列の合計に対応する。このような実施例の利点は、閾値に同じ物理的相互作用を有することである。全てのフィードバックエラーが同じである場合、閾値は全てのアクチュエータを同じ方向に移動させるレベルである。
【００７９】
さらに別の実施例が、全ての要素が同じ符号を具えた（又はＵの全ての要素が同じ符号を具えた）
0005524090.tif 000021
をもたらすＧの最大特異値を選択する。このような方法は、第２の方法と同じような利点を有する。非常に限られた有意な特異値を選択することになるため、挑戦的過ぎる欠点がある。
【００８０】
さらに別の実施例が、順序の関数としてラインをＧの最大特異値に適合させ、ラインに適合しない最大特異値を選択する。このような選択は手動で行われ、又は異常値検出法を用いて選択を自動的に行うことができる。図６は、６のアクチュエータを有するシステムについての特異値を示す。線形回帰が、ちょうど２つの（第１及び第２の）特異値が有意であることを示している。
【００８１】
ステップ５２０で、ＮｓＰＩＤオブジェクトのインスタンスを作成し又はそうでなければ動作のために選択される。これらのＮｓＰＩＤオブジェクトは、有意の特異値それぞれに対応する制御値を算出する。したがって、これらのＮｓＰＩＤオブジェクトは、互いに競合しない。
【００８２】
ステップ５２５で、
0005524090.tif 000022
を計算する。一実施例では、最初から
0005524090.tif 000023
を必ずしも再計算する必要がない。Ｇの特異値分解の結果を使用して、
0005524090.tif 000024
を計算し得る。
0005524090.tif 000025
を有意な特異値の対角行列の逆行列とし、
0005524090.tif 000026
をΣｒの特異値に対応するＧの左特異ベクトルの転置行列とするとき、
ＧＶｒ＝ＵΣであるため、
0005524090.tif 000027
【００８３】
一実施例では、Σｒ及びＵｒ、すなわち、有意の特異値の対角行列及び有意の特異値に対応する左側の特異ベクトルのマトリクスが、例えば、擬似逆行列の演算器１０又は別のプロセッサ又はプロセッサの一部によって決定される。Σｒの逆行列である
0005524090.tif 000028
が、例えば、各対角行列の要素の逆数（すなわち、有意な特異値）を取ることによって得られる。
【００８４】
ステップ５３０で、
0005524090.tif 000029
及びＥｆ＝Ｒ−Ｆとしたとき、制御エラーＥｃを計算する。Ｒは、各センサに関する参照値で。Ｆは各センサからのフィードバックである。一実施例では、まずＥｆを計算することによって、制御エラーを計算し得る。別の実施例では、
0005524090.tif 000030
及び
0005524090.tif 000031
を計算した後に、差ｒ−ｙを取り得る。
【００８５】
ステップ５３５で、制御出力ＯｃをＮｓＰＩＤオブジェクト、すなわち、Ｏｃ＝ＰＩＤ（Ｅｃ）によって計算する。これらのＰＩＤオブジェクトは、ここに記載され当業者に既知のＯｃを計算する。
【００８６】
ステップ５４０で、アクチュエーション出力Ｏａを制御出力Ｏｃから計算する。一態様では、システムが、有意な特異値（したがってＰＩＤオブジェクト）よりも多くのアクチュエータを有するため、１つのＰＩＤオブジェクトの出力が２つのアクチュエータで分割される。
【００８７】
一実施例では、式Ｏａ＝ＶｒＯｃを使用する。換言すれば、ＰＩＤオブジェクトの出力が、有意な特異値に対応する右特異ベクトルで乗算される。ＰＩＤオブジェクトが通過する場合（比例ゲイン＝１、積分ゲイン＝微分ゲイン＝微分ゲイン０）、上記の例の２つのアクチュエータへの命令は、上記の例について
0005524090.tif 000032
となる。このマトリクスの値は、フィードバックループの中の２つではなくて単に１つの積分器を用いることによって、「階数を補正した」伝達関数マトリクスの擬似逆行列Ｇｃを与える。
【００８８】
Ｖ．伝達マトリクスＧの計算
アクチュエーション出力Ｏａを、物理的装置の可能な出力に対して大きくしたり小さくしたりすることが可能である（例えば、バルブは１００％以上開かない）。このような実施例では、Ｏａの値が制約され、ＰＩＤオブジェクトの積分器の値が、積分器が「ワインドアップ」しないようにリセットされる。このような制約メカニズムをここに記載された方法と組み合わせることができる。
【００８９】
図７は、本発明の一実施例に係る、アクチュエータの中に入力される値を制約するための方法７００を示すフローチャートである。
【００９０】
ステップ７１０で、アクチュエーション出力がＯａ，ｃに制約される。一実施例では、このような制約が、各アクチュエータに関する最大及び／又は最小値である。
【００９１】
一実施例では、アクチュエーション出力を制約する方法は、前のアクチュエーション出力ベクトルと現在のアクチュエーション出力ベクトルとの間のラインをフィッティングし、それらの間のラインに沿った許容できる境界の点を計算することである。許容できる点は、関数又は形状であり、各アクチュエータに関する適切な値を考慮に入れることができる。
【００９２】
別の実施例では、最終制御要素に出力を制約する別の方法は、最小及び最大許容値（例えば、０％及び１００％）にＯａの要素を単に制限することである。例えば、この値は、設定値又は実電圧レベルに関するものである。最小及び最大許容値は、最終制御要素がどのように動作するのかに基づいて選択し得る。例えば、バルブに関していえば、それらは、一般に０％及び１００％であるが、可変周波数駆動に関していえば、空気の移動を保持するために、最小値は一般により高い（例えば、５０％）。
【００９３】
一実施例では、アクチュエータ出力が設定ポイントである場合、制約は別の変数に依存する。例えば、監視用コントローラ１５が、コンピュータルームの空気処理ユニットの内蔵型コントローラの還気の温度の設定ポイントをリセットする場合、冷却水バルブが全閉又は全開の場合に、ソフトウェア又は空気処理ユニット製造者によって指定される設定ポイントの範囲の制限に達しない場合に、還気の温度の設定ポイントを制約する必要がある。これは、ソフトウェア及び機器のファームウェアが設定ポイントを有効にする場合であっても、空気処理ユニットが、設定ポイントの極限値に達することができないためである。
【００９４】
ステップ７２０で、階数を減らした擬似逆行列
0005524090.tif 000033
を使用する実施例について、制約されるアクチュエーション出力Ｏａ，ｃが、減少した出力空間ｏｃ，ｃにマッピングされる。一実施例では、Ｖｒを使用して、制約される出力を制御出力空間にマッピングする。例えば、ＯａがＯａ，ｃに制約されるとすぐに、Ｏａ，ｃが以下のようにして減少した出力空間にマッピングされる：
0005524090.tif 000034
ここで、Ｏａ，ｃは、制約されたアクチュエーション出力のベクトルである。一態様では、アクチュエーション出力Ｏａ，ｃが、ＰＩＤオブジェクトの出力範囲に効果的にマッピングされる。
【００９５】
ステップ７３０で、ＰＩＤオブジェクトが、（必要に応じて）マッピング且つ制約された出力に基づいてリセットされる。Ｏａの制御出力空間へのマッピングを使用して、ＰＩＤオブジェクトの積分器をリセットする。一実施例では、リセットよりも前の出力値が以後の出力値の判定に使用されないように、ＰＩＤオブジェクトがリセットされる。換言すれば、ＰＩＤオブジェクトが、第１の繰り返しで開始するようリセットされる。
【００９６】
Ｖ．伝達マトリクスＧの計算
図８は、本発明の一実施例に係る、準定常状態での伝達マトリクスＧを計算するための方法を示すフローチャートである。
【００９７】
ステップ８１０で、システムが開ループ状態で動作し、例えば、各アクチュエータが一定値で動作する。一実施例では、同じタイプの全てのアクチュエータ（例えば、ファン）が、同じ設定値（例えば、１００％の回転スピードの全てのブロワ）で動作する。別の実施例では、全てのアクチュエータが同じ設定値で動作する。
【００９８】
ステップ８２０で、センサ３の出力（例えば、温度及び湿度）が準定常状態で記録される。準定常状態は、例えば、環境又はセンサ自身の電子回路の不規則変動により、センサが同じ値を常に読まないという事実に関する。
【００９９】
ステップ８３０で、入力１２（アクチュエータ）の１つが、ある程度（例えば、２０％）摂動する。これについて、入力が摂動するアクチュエータのＧへの寄与を計算し得る。
【０１００】
ステップ８４０で、準定常状態が生じた後に、出力が再度記録される。準定常状態がいつ生じるのかを判断するための適切な基準を使用する。例えば、センサの出力変化が、摂動の後に特定の変化率を有する。閾値の下方で変化率が減少すると、準定常状態を判断し得る。センサの出力変化の閾値に関する絶対値は、別の例である。
【０１０１】
ステップ８５０で、このような摂動が各アクチュエータについて発生する。各摂動により、Ｇの列の判定が可能となる。一態様では、計算される列の各要素は、入力の変化によって分けられる出力の変化の比である。出力が温度の場合、入力に対する変化をａ％と定義するとき、Ｇの要素は温度／％の単位を有する。
【０１０２】
ステップ８６０で、Ｇの各列について特定される要素からＧを計算する。伝達マトリクスＧの計算は、一般に、試運転の際に一回なされる。しかしながら、負荷（例えば、データセンター）への顕著な変化のためにシステムが再試運転を必要とする場合に繰り返される。
【０１０３】
Ｖ．制御されるシステムの例
図９は、本発明の一実施例に係る、コンピュータルーム処理ユニット９００の概略図である。コンピュータ処理システム９００は、冷却水バルブ９２０によって調節される冷却水を含む冷却コイル９１０を有する。また、コンピュータ処理システム９００は、電気コイルである再加熱コイル９３０と、赤外線加湿器である加湿器９４０とを有する。
【０１０４】
一実施例では、ファン９５０が、Ａ／Ｃ誘導モータによって駆動される遠心ファンである。誘導モータは、そのスピードを変えるための可変スピード（周波数）駆動ＶＳＤ９５５を有する。ワイヤレスセンサ９６０が還気温度を測定し、ワイヤレスセンサ９７０が排気温度を測定し、ワイヤレス制御モジュール９８０がＶＳＤ９５５を制御する。排気温度センサ９７０及び還気温度センサ９６０は別々のワイヤレスセンサではなく、ワイヤレス制御モジュールに繋がれたプローブとすることができる。
【０１０５】
動作の実施例では、ワイヤレスセンサ９６０、９７０が、例えば、図３の監視用コントローラ１５を含む制御コンピュータに信号を通過させるワイヤレスネットワークゲートウェイに無線により測定値を送信する。制御コンピュータは、可変スピードドライブ９５５のスピードを変えるワイヤレス制御モジュール９８０に命令をリレーするワイヤレスゲートウェイにアクチュエーション命令を送信する。
【０１０６】
本開示の範囲及び精神から逸脱することなしに、様々な異なる修正を行うことができる。例えば、本発明を、内蔵型のマイクロプロセッサベースのコントローラを有しない１組のＨＶＡＣユニットを作動させるよう構成し得る。このような実施例では、監視用コントローラがＨＶＡＣユニットの最終制御素子に直接的に制御命令を与える。
【０１０７】
本発明の特定の態様の特定の詳細を、本発明の実施例の精神及び範囲から逸脱することなしに、適切な方法で組み合わせることができる。しかしながら、本発明の他の実施例は、各個別の態様又はこれらの個別の態様の特定の組み合わせに関する特定の実施例を扱うことができる。
【０１０８】
モジュール式又は統合式のコンピュータソフトウェアを用いた制御ロジックの形式で上述の本発明を実施し得ることに留意されたい。ここで提供された開示及び示唆に基づいて、当業者は、ハードウェア及びハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いて本発明を実施するための他のやり方及び／又は方法を認識且つ理解するであろう。
【０１０９】
本発明で説明したソフトウェアの構成要素又は機能を、例えば、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｃ＋＋又は例えば、従来の又はオブジェクト指向技術を用いたＰｅｒｌといった適切なコンピュータ言語を用いて、プロセッサによって実行するためのソフトウェアコードとして実施し得る。本発明の特徴を組み込んだコンピュータプログラムを、記憶及び／又は送信するための様々なコンピュータ可読媒体でエンコードし得る；適切な媒体は、磁気ディスク又はテープ、コンパクトディスク（ＣＤ）又はＤＶＤ（デジタル多用途ディスク）といった光記憶媒体、フラッシュメモリ等を有する。コンピュータ可読媒体は、このような記憶又は送信装置の組み合わせとすることができる。
【０１１０】
また、インターネットを含む様々なプロトコルに適合した、有線、光、及び／又は無線ネットワークを介した送信に適した搬送信号を用いて、このようなプログラムをエンコード及び送信し得る。本発明の一実施例に係るコンピュータ可読媒体を、このようなプログラムでエンコードされたデータ信号用いて形成し得る。プログラムコードでエンコードされたコンピュータ可読媒体を互換性のある装置でまとめることができ、又は（例えば、インターネットによるダウンロードを介して）他の装置と別々に提供し得る。このようなコンピュータ可読媒体は、１つのコンピュータプログラム製品（例えば、ハードドライブ又はコンピュータシステム全体）に又はその中に存在することができ、システム又はネットワークの中の異なるコンピュータプログラム製品に又はその中に存在し得る。
【０１１１】
本発明の典型的な実施例の上記の説明は、具体例を説明する目的で提供されている。説明された厳密な方法に限定又は制限することを意図するものではなく、上記の示唆を踏まえて改良及び変更が可能である。実施例は、本発明の原理及びその実際の適用例を最も良く説明することで、他の当業者が様々な実施例の中の本発明及び意図される特定の使用に適するような様々な変更を具えた本発明を最も良く理解できるように、選択且つ説明された。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図９】
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