(57)【要約】方法は、少なくとも独立栄養有機体を包含する流体の混合物の溶解二酸化炭素濃度の少なくとも１つの測定を受けるステップを含む。方法はまた、少なくとも１つの測定を使用して１またはそれ以上の操作変数の調整を決定するステップを含む。方法はさらに、決定された調整に基づいて１またはそれ以上の操作変数を修正するために１またはそれ以上の信号を生成するステップを包含する。一つ以上の操作変数は、二酸化炭素流量、空気流量、水の温度、および混合物の攪拌レベルを含むことができる。少なくとも一つのモデル（214）は溶解二酸化炭素濃度を一つ以上の操作された変数と関連づけ、調整は溶解二酸化炭素濃度を目標関数を最適化する少なくとも一つの目標に駆りたてるために少なくとも一つのモデルを用いて決定されることができる。目標関数は、バイオマス成長速度、栄養塩除去および/または脂質生成を最適化することができる。
2014508513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたはそれ以上の変数を制御するために１つまたはそれ以上の操作変数を調整する方法を決定するように構成されたコントローラ（146）を有し、
１つまたはそれ以上の操作変数および１つまたはそれ以上の制御された変数が、少なくとも独立栄養有機体を包含する流体の混合物と関連し、
１またはそれ以上の制御された変数が、混合物の溶解二酸化炭素濃度を包含し、
１つまたはそれ以上の操作変数が、混合物に関する二酸化炭素流量を包含する
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
１またはそれ以上の制御された変数が更に、前記混合物のｐＨレベルを包含することを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
少なくとも独立栄養有機体を包含する流体の混合物の溶解二酸化炭素濃度の少なくとも１つの測定を受けるステップ（４１０）と
少なくとも１つの測定を使用して１またはそれ以上の操作変数の調整を決定するステップ（４２０）と、
決定された調整に基づいて１またはそれ以上の操作変数を修正するために１またはそれ以上の信号を生成するステップ（４３０）と
を有することを特徴とする方法。
【請求項４】
少なくとも１つの測定が更に、混合物のｐＨレベルを包含することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
コンピュータプログラムが、
少なくとも独立栄養有機体を包含する流体の混合物の溶解二酸化炭素濃度の少なくとも１つの測定を受けるためのコンピュータ読取可能プログラムコード（４１０）と、
少なくとも１つの測定を使用して少なくとも１つまたはそれ以上の操作変数の調整を決定するためのコンピュータ読取可能プログラムコード（４２０）と、
決定された調整に基づいて１またはそれ以上の操作変数を修正するために１またはそれ以上の制御信号を生成するためのコンピュータ読取可能プログラムコード（４３０）と
を有することを特徴とする、コンピュータプログラムを実装するコンピュータ読取可能媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  この開示は、一般に制御システムに関する。より具体的には、この開示は、独立栄養培養を制御するための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  廃水は、様々な望ましくない構成要素を含むことができる。したがって、廃水は大きい廃水処理工場においてしばしば処理される。ある廃水処理プロセスは、望ましくない廃水構成要素をより望ましい構成要素に変換するために藻の使用を必要とする。しかし、困難は、繁栄する藻類のため適切な環境を作成する際に発生する可能性があり、それによって最適なパフォーマンスを提供する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[0003]  この開示は、独立栄養培養を制御する装置および方法を提供する。
[0004]  第１の実施形態では、装置は、１つまたはそれ以上の変数を制御するために１つまたはそれ以上の操作変数を調整する方法を決定するように構成されたコントローラを有する。１つまたはそれ以上の操作変数および１つまたはそれ以上の制御された変数が、少なくとも独立栄養有機体を包含する流体の混合物と関連する。１またはそれ以上の制御された変数が、混合物の溶解二酸化炭素濃度を包含する。１つまたはそれ以上の操作変数が、混合物に関する二酸化炭素流量を包含する。
【０００４】
[0005]  第２の実施態様では、方法は、少なくとも独立栄養有機体を包含する流体の混合物の溶解二酸化炭素濃度の少なくとも１つの測定を受けるステップを含む。方法はまた、少なくとも１つの測定を使用して１またはそれ以上の操作変数の調整を決定するステップを含む。方法はさらに、決定された調整に基づいて１またはそれ以上の操作変数を修正するために１またはそれ以上の信号を生成するステップを包含する。
【０００５】
[0006]  第３の実施形態では、計算機読取可能媒体は、コンピュータプログラムを具体化する。コンピュータプログラムは、少なくとも独立栄養有機体を包含する流体の混合物の溶解二酸化炭素濃度の少なくとも１つの測定を受けるためのコンピュータ読取可能プログラムコードを包含する。コンピュータプログラムはまた、少なくとも１つの測定を使用して少なくとも１つまたはそれ以上の操作変数の調整を決定するためのコンピュータ読取可能プログラムコードを包含する。コンピュータプログラムは更に、決定された調整に基づいて１またはそれ以上の操作変数を修正するために１またはそれ以上の制御信号を生成するためのコンピュータ読取可能プログラムコードを包含する。
【０００６】
[0007] 他の技術的特徴は、以下の図、詳細な説明および特許請求の範囲から直ちに当業者にとって明らかであろう。
[0008]  本開示のより完全な理解のために、リファレンスとして図面と併せて以下の詳細な説明を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[0009]  図１は、この開示による流体および独立栄養有機体の混合物を制御する実施形態システムを例示する。
【図２】[0010]  図２は、この開示による図１のシステムの動作を最適化するための多変量コントローラの実施形態を例示する。
【図３】[0011]  図３は、この開示による流体および独立栄養有機体の混合物を制御するネットワーク化システムを示す。
【図４】[0012]  図４は、この開示による流体および独立栄養有機体の混合物を備えるシステムを制御する実施形態の方法を例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[0013]  以下で議論する図１乃至４、および、この特許文献の本発明の原理を記載のために用いられるさまざまな実施形態は、説明のためだけであり、本発明の範囲を制限するいかなる方法として解釈されてはならない。当業者は、本発明の原則が最適に配列された装置またはシステムのいかなるタイプにもおいて実装されることができると理解する。
【０００９】
[0014]  図１は、この開示による流体および独立栄養有機体の混合物を制御する実施形態システム100を例示する。図１に示されるシステム100の実施形態は、例示だけのためにある。システム100の他の実施形態が、この開示の範囲内において、使われることができる。
【００１０】
[0015]  藻培養は、ますますさまざまな方法（例えば水/廃水処理プロセス）で重要になっている。これは主に二酸化炭素（CO2）およびさまざまな望ましくない構成要素（例えば窒素）を消費しおよび／または隔離するための藻の能力により、藻は栄養分としてそれを見ることができる。加えて、藻は有望な生物燃料として広く見られる。
【００１１】
[0016]  従来の水処置システムにおいて、ガス状の二酸化炭素および空気は、所望のセットポイントの方へ混合のpH値をドライブするために水を有する藻タンクに供給される。従来のこの種の構成の仮定は、その溶けた二酸化炭素およびpHがpHセットポイントが二酸化炭素制御のための制御方法として使われることができるほど、きつく関連があるということである。この開示は、しかし、これが必ずしもケースであるというわけではないと認識する。後で詳しく述べるように、推定の二酸化炭素pH関係は、複雑な化学混合（例えば廃水システムで遭遇するそれら）がある場合には、有効であることはできない。
【００１２】
[0017]  従来の仮定の不正確さを認識し、本開示は、藻類システムが機能する方法を決定するために測定する溶解二酸化炭素濃度（dCO2）および場合によってはpHレベルを含む制御技術が開示されている。また、多変量であるか他のコントローラは溶解二酸化炭素を維持するのに用いることができ、おそらく、pHはそれらの最適目標の近くで水平になる。実施形態によっては、藻成長率、二酸化炭素取り込み率および栄養を含む取り込み率を最大にするために、藻システムは、藻システムの一つ以上の調整をすることによってその最適状況で、又はその近くで、維持されることができる。実施形態調整は、露光量、水温、水化学組成、収穫率、振動率、エアーフローレート、pHの調整を含むことができ、溶解二酸化炭素の中で水平になることができる。
【００１３】
[0018]  以下の説明が廃水を藻培養で扱うために使われるとしてシステム100を規定どおりに述べる点に注意する。しかし、システム100またはその関連する制御機構が、さまざまな他の環境において使われることができた。例えば、システム100またはその制御機構が、一般の水（真水または塩水を含む）の藻培養または他の種類の流体のために使われることができた。また、処理されている廃水は様々なソースから来ることができ、地方の廃水および工業廃水を含む。さらに、藻以外の有機体は、廃水、水または他の流体を扱うために利用されることができる。この種の有機体は、光（微小藻類、マクロ藻類（macroalgae）、植物プランクトンおよびシアノバクテリアの類の光合成無機栄養生物など）からまたは化学製品（例えば化学的独立栄養物）からそれらのエネルギーを受け取る独立栄養有機体を含むことができた。藻または他の有機体は、廃水を処理するために有機栄養バクテリアと結合されることができた。具体例では、藻の成長または他の有機体が培養の主たる焦点であってもよく、例えば藻または他の有機体が生物燃料として使われる構成でもよい。この種の生物燃料構成において、藻は流体を処理するように設計されていてはならない。その上、多変量コントローラの使用が図1-4に関して記載されているにもかかわらず、他のいかなる適切なコントローラも使われることができる。この種のコントローラは、ＰＩＤ制御装置、モデル予測コントローラなどを含むことができる。
【００１４】
[0019]  図1に示すように、システム100は藻タンク104に特定の部材を供給する構成要素を含む。この例では、構成要素は空気を供給するための空気構成要素112、二酸化炭素を供給するための二酸化炭素構成要素114および熱エネルギーを供給するための熱エネルギー構成要素115を含む。構成要素も、微量元素、多量養素を供給するための多量養素構成要素118および水に水を供給するための（H20）構成要素117を供給するための微量元素構成要素116を含む。混合部品119は、藻タンク104の範囲内で混合を煽動する。藻タンク104にそれぞれの部材を供給するために、いかなる適切な器材も、提供されることができる。図1の実施形態は、弁112b、114b、117b;ポンプ116c、118c、電気浸漬ヒータ115bを含む。他のいかなる適切な器材も、図1のさまざまなアクチュエータで使われることができる。
【００１５】
[0020]  これらの構成要素に加えて、一つ以上のライン111は、タンク104を残す提供されたアイテムであってもよい。タンク104を残している実施形態部材は水および藻を含むが、但し、他の部材はタンク104から取り出されることができる。この種の除去を容易にするために、弁111bは利用されることができる。
【００１６】
[0021]  コマンドは、弁111b、112b、114bおよびポンプ116c、118cを制御するためにパス111a、112a、114a、116aおよび118aによるネットワーク130を通じて伝達されることができる。これらのコマンドは、空気、二酸化炭素およびマイクロ/タンク104に導入される多量養素の供給を制御して、タンク104を残している材料の流れを制御するために用いることができる。空気および二酸化炭素は、拡散器113を経て藻タンク104に供給されることができる。
【００１７】
[0022]  コマンドはまた、電気浸漬ヒータ115bを使用して混合温度、速度または混合部品119のミキサーおよび弁117bを使用しているタンク（水平になるため）に導入される水量の振動レベルを制御するためにパス115a、117aおよび119aに走らされることができる。下記のように、ネットワーク130を通じて送られるコマンドは、多変量コントローラ146によって提供されることができる。他の実施形態では、コマンドは他のいかなる適切なコントローラおよび／またはコントローラによっても送られることができる。有線であるか無線通信経路がシステム100で使われることができる点に注意する。
【００１８】
[0023]  藻タンク104において処理された後、被処理流体は、いかなる適切な場所にも出口ライン111で分配されることができる。特定の構成が図1に示されるにもかかわらず、システム100はいかなる数の方法でも修正されることができる。例えば、特定の構成要素がこの例示の実施形態に示されると共に、他のまたは追加的な構成要素が使われることができる。具体例として、光は人工的に藻タンク104に導入されることができ、または、他の化学製品は藻タンク104に供給されることができる。また、１つの藻タンク104だけがこの例で示されるにもかかわらず、多数の藻タンク104が利用されることができる。更に、実施形態によっては、藻タンク104は周囲環境と相互作用することができ、その一方で、他の実施形態で、藻タンク104は透明カバーによって導かれる特定のパラメータ（例えば軽い）によって閉じることができ、または人工的に導かれることができる。その上、藻タンク104は、連続またはバッチ・プロセスで配置されることができる。周囲環境は、それ自身の変数（例えば温度、光度および湿度）を有することができる。
【００１９】
[0024]  さまざまな要因は、システム100の動作に影響を及ぼすことができ、変えることができる。例えば、周囲環境の光度または温度は、時間とともに変化することができる。したがって、特定の構成要素が、藻タンク104を最適状況で、又はその近くで、作動させ続けるために使われることができる。この例では、藻タンク104の条件を判断するために、さまざまなセンサは、システム100で提供されることができる。実施形態のセンサは、pHセンサ121、溶解酸素センサ122、溶解二酸化炭素センサ123、葉緑素A（CHA）センサ124、伝導率（Ω）センサ125、温度センサ126、多量養素センサ127および汚濁センサ128を含むことができる。各々のセンサ121-128は、そのそれぞれの特性を測定して、多変量コントローラ146にネットワーク130による測定値を伝達することができる。各々のセンサ121-128は、そのそれぞれの特性を測定するためのいかなる適切なタイプでもあってもよい。実施形態によっては、溶解二酸化炭素センサ123はアメリカ特許出願番号第12/899,707号に示すように実装されることができ、それは本願明細書に引用される。その上、特定の構成で、センサ121-128は、空間的に配置されることができ、いかなる適切な装置も有することができる。
【００２０】
[0025]  藻タンク104の寸法に加えて、測定はまた、気象観測所129でされることができる。とりわけ、気象観測所129は周囲環境（例えば温度、相対湿度、風速、雨量および光度）のパラメータを測定することができる。この測定された天気情報は、通信ネットワーク130による多変量コントローラ146に伝えられることができる。
【００２１】
[0026] システム100のより正確な制御を容易にするために、多変量コントローラ146は、自動プロセス調整をシステム100の動作を制御して、最適化するために実行するために用いることができる。一般に、システム100は「プロセス変数」を伴い、それはシステム100のさまざまな態様を表す。多変量コントローラ146は、目標値で、又はその近くで、または所望の実施範囲の範囲内で少なくとも一つの「制御変数」（CV）を維持することを試みることによって作動することができる。多変量コントローラ146は、例えば一つ以上の弁の開口部を制御することによってか、それ以外は一つ以上のアクチュエータを制御して、一つ以上の「操作された変数」（MVs）を変えることによって制御変数を維持することを試みる。「妨害変数（disturbance variable）」（DV）は制御変数に影響を及ぼすプロセス変数を表し、ここで、妨害変数はコントローラ146によって考慮されることができるが、コントローラ146（例えば周囲温度または流体組成物）によって、一般に制御されることはできない。上記の変数の実施形態として、溶解二酸化炭素およびpHレベルは、制御変数であってもよい。エアーフローレート、二酸化炭素流れ率および加熱は、操作された変数であってもよい。光度、周囲温度および湿度は、妨害変数であってもよい。他の妨害変数は、流体組成物、藻種形成、風状況、一つ以上の捕食者の存在およびバクテリアの存在を含むことができる。制御特定の制御変数によって、多変量コントローラ146は、システム100によって実行されるプロセスを最適化することができる。
【００２２】
[0027]  実施形態によっては、多変量コントローラ146は、制御されている方法の一つ以上の数学的モデルを使用することができる。モデルは、独立変数（操作および妨害変数）を従属変数（制御変数）と関連づける。モデルは、ステップ-テストデータを用いて多変量コントローラ146の設計の間、開発されることができる。多変量コントローラ146がオンラインで動くかまたは作動するときに、モデルはそれからシステム100を制御するために用いることができる。例えば、コントローラ146は、それらの定義済みの限界の範囲内で制御変数を維持するために制御変数の将来の値を予測し、算出し、操作された変数の調整を実行するためにモデルを使用することができる。特定の実施形態として、多変量コントローラ146は、受け入れられる溶解二酸化炭素およびpH範囲の中で、混合を藻タンク104に保つためにモデルを使用することができる。具体例において、モデルは操作された変数の調整の後、制御変数に測定された変化に基づいて更新されることができる。
【００２３】
[0028]  多変量コントローラ146はまた、システム100のいかなる適切な頻度でも作動することができる。例えば、多変量コントローラ146は、30秒の間隔で作動することができる。各インターバル中に、多変量コントローラ146は、自動プロセス調整をシステム100を制御して、最適化するために実行するために用いることができる。
【００２４】
[0029]  一つ以上のモデルを使用することを操作する多変量コントローラの使用が例示だけのためにある点に注意する。上記のように、他のいかなる適切なコントローラ146も、ここで使われることができる。これは、数学的モデルまたは他のいかなる適切な制御技術も使用することを操作しないコントローラを含むことができる。
【００２５】
[0030]  多変量または他のコントローラ146の使用は、実装に依存してシステム100のさまざまな利点を提供することができる。例えば、コントローラ146はシステム100の動作と関連する出費を減らすことができる。特定の実施形態では、多変量コントローラ146を遠ざける、操作された変数の変更態様間の振動競争を引き起こす異なる操作された変数がそれぞれに制御されることがありえる。両方の操作変数は相互運用方法を考慮する多変数コントローラを使用することによって、そのような振動効果が費用を減らすことができ、除去されない場合に軽減することができる。より良好な制御はまた、さらなるコスト削減につながり、より少ないユーティリティまたはエネルギー消費を引き起こす可能性がある。コントローラ146はまた、制御された変数が、システム100は改良されたまたは最適に動作することができ、近いそれらの制約を制御することを可能にすることができる。加えて、コントローラ146の使用は、より少ない器材保守およびその関連する経費に結果としてなることがありえる。
【００２６】
[0031]  コントローラ146は、一つ以上のシステム100（例えばハードウェアを使用してインプリメントされるコントローラまたはハードウェアおよびソフトウェア/ファームウェア指示の組合せ）を制御するためのいかなる適切な構造も含む。多変量コントローラ146についての例示の実施形態は図2に示され、それは後述する。特定の例として、多変量コントローラ146は、ハネウェル・インターナショナル社のプロフィットコントローラを使用して実装されたコントローラを表す(Robust Multivariable Predictive Control Technologyまたは"RMPCT"として以前から周知である)。他の実施形態では、多変数制御部146は、ハネウェル・インターナショナル社のExperionのOPCサーバ、ExperionのHSサーバ、Experionのサーバのペア、又はExperionのEASサーバを含むことができる。
【００２７】
[0032]  実装に依存して、多変量コントローラ146は、直接システム100の部品を制御するように構成されることができる。多変量コントローラ146はまた、間接的に、例えばシステム100の一つ以上の他の中間コントローラによる部品を制御するように構成されることができる。それらの構成では、他のコントローラは、システム100がどのように制御されなければならなくて、その制御を実行しなければならないかについて定めている多変量コントローラ146から、データを受け取ることができる。他のコントローラは、システム100を制御するためにいかなる適切な構造も、または、その部分をも含むことができる。利用されることができるコントローラの１つの実施形態のタイプは、HONEYWELL INTERNATIONAL INCのHC900コントローラである。
【００２８】
[0033]  ネットワーク130は、システム100のさまざまなコンポーネント間の通信を容易にする。例えば、ネットワーク130は、センサ121-128および気象観測所129から多変数コントローラ146に測定データを運ぶことができ、多変量コントローラ146から各種アクチュエータに制御信号を提供する。ネットワーク130は、いかなる適切なネットワーク、またはネットワークの組合せを表すことができる。特定の実施形態では、ネットワーク130はイーサネット・ネットワーク、電気信号ネットワーク（例えばHARTまたはFOUNDATION FIELDBUSネットワーク）、空気圧制御信号ネットワークまたは、いかなる他の追加的なタイプのネットワークも表すことができる。
【００２９】
[0034]  図１が流体および独立栄養有機体の混合物を制御するシステム100の1つの実施形態を例示するにもかかわらず、さまざまな変化を図１にすることができる。例えば、図1の機能的な分割は、例示だけのためにある。図１のさまざまな構成要素は、省略され、結合され、または、更に再分割された追加的な構成要素を特定のニーズによって加えることができる。その上、コントローラ146の機能性が、他のいかなる適切なシステムでも使われることができる。
【００３０】
[0035]  図２は、この開示に従って、図１のシステム100の動作を最適化するための実施形態多変量コントローラ146を例示する。図２に示される多変量コントローラ146の実施形態は、例示だけのためにある。多変量コントローラ146の他の実施形態が、この開示の範囲内において、使われることができる。また、多変量コントローラ146が図1のシステム100で使われると評されると共に、多変量コントローラ146が他のいかなる適切なシステムでも使われることができる。加えて（上記したように）、他のいかなる適切なコントローラも、独立栄養培養を制御するために用いることができる。
【００３１】
[0036]  この例では、多変量コントローラ146は、少なくとも一つのプロセッサ202、少なくとも一つのメモリ204、少なくとも一つのネットワークインターフェース206、ディスプレイ208および少なくとも一つの入力装置210を含む。プロセッサ202は、いかなる適切な処理装置（例えばマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、ディジタル信号プロセッサ、特定用途向け集積回路、フィールド・プログラム可能なゲート・アレイまたは他のロジックデバイス）も表す。メモリ204は、いかなる適切な不安定なおよび／または不揮発性記憶および検索デバイスを表す（例えばランダム・アクセスまたは読出し専用メモリ）。ネットワークインターフェース206は、ネットワーク（例えばイーサネットかインタフェース、その他の電気信号回線インタフェースまたはワイヤレス・インタフェース）の上の連通を容易にするためのいかなる適切なインタフェースをも表す。ネットワークインターフェース206は、例えば、制御変数の現在の値を識別している測定データおよび操作された変数を調整するための出力制御信号を受信することができる。ディスプレイ208は、情報をユーザに提出するためのいかなる適切なディスプレイも意味する。入力装置210は、いかなる適切なデバイスもユーザから入力を受け取る装置を表す（例えばキーボードまたはマウス）。
【００３２】
[0037]  図２に示すように、メモリ204は一つ以上のソフトウェア・アプリケーション212および一つ以上のモデル214を含む。ソフトウェア・アプリケーション212は、一つ以上のコンピュータプログラムが多変量コントローラ146がどのように一つ以上のシステム100を制御するかについて定めていることを表す。例えば、ソフトウェア・アプリケーション212は、出力信号（例えば操作された変数を調整するための制御信号）を生成するために入力データ（例えば異なる制御変数の測定）を分析するためにモデル214を使用することができる。
【００３３】
[0038]  一つ以上モデル214は、操作および妨害変数と制御変数との関係を定める。モデル214が、一つ以上の藻タンク104の１つ以上の制御変数を制御するために多変量コントローラ146によって使われる。各々の藻タンク104は、モデルのそれ自身の一組を有することができ、または、多数の藻タンク104は少なくとも一つの一般のモデルを備えていることができる。実施形態によっては、各々のモデル214は、単一の制御変数に単一の操作または妨害変数と関連することができる。
【００３４】
[0039]  具体例において、モデル214は、時間とともに構成要素の実際の相互作用およびそれらがセンサ121-128および気象観測所129で測定されるさまざまな特徴に影響を及ぼす方法を説明するのに適していてもよい。このように、モデル214は操作された変数の変化にセンサによって検出される実際の測定された反応に基づいて、時間とともに変わることができる。
【００３５】
[0040]  システム100の制御の一部として、制御変数が指定された限度の範囲内で維持されるために、多変量コントローラ146はモデル214を操作された変数の調整をするために用いることができる。また、その特定のプロセス目的を確実にするのを助けることは保証されると共に、多変量コントローラ146は実行することができた。例えば、例えば、pHおよび／または溶解二酸化炭素濃度によって表されるように、プロセス目的は健康的な藻レベルを維持することを含むことができた。より高価な構成要素操作を最小化するために、プロセス目的はまた、藻タンク104を制御することを含む。
【００３６】
[0041]  これらのモデル214を使用して、多変量コントローラ146は、効果的に操作された変数の調整および／または妨害変数の考慮による制御変数を制御することができる。多変数制御部146は、これらのモデル214および1つ以上の経済的な最適化手法を用いてシステム100の動作を最適化することができる。実施形態によっては、システム100を制御するとき、多変量コントローラ146は線形プログラム（LP）エコノミクスまたは２次プログラム（QP）エコノミクスを使用するように構成される。二次の最適化にも理想的な安静時の値（または所望の定常状態値）を使用するが、これらの二つのエコノミクス最適化アプローチは、単純な最小化戦略を使用する。エコノミクスは、さまざまな目的に対処するために定められることができる。これらの目的は、最小化している全体的なエネルギーまたは化学的な使用をシステム100に含むことができる。
【００３７】
[0042]  特定の実施形態では、その指数増殖期中、藻類バイオマスの増殖（X）は、次式のように表すことができる。
【００３８】
【数１】
2014508513.tif 000003
【００３９】
特定の増殖速度（μ）のモデルは次式で表すことができる。
【００４０】
【数２】
2014508513.tif 000004
【００４１】
ここで、μ（S）は、溶存二酸化炭素の影響を表し、μ（X）は、バイオマス濃度の効果を示し、μ（pH値）はpHの影響を表し、μ（T）は温度の影響を表し、μ（I）は、光強度の影響を表し、上式の省略記号（...）によって示されるように、他の構成要素はモデルにおいて考慮されることができる。
【００４２】
[0043]  ここに見られるように、このモデルの最適化は、線形または二次最適化の目標に組み込むことができ、各プロセス変数の多数を含むことができる。多変量コントローラ146は、上記した目的のさまざまなものを満たすためにこの最適化を使用している制御変数を最適化することができる。
【００４３】
[0044]  実施形態によっては、モデル214はシステム100のさまざまな構成要素のステップ-テストに基づいて、システム100のために発生し得る。その上、いくつかの状況では、これらの変数（例えば１つの操作された変数に対する変化が第１の制御変数に即座の影響を及ぼす時および第２の制御変数に対する遅延効果）が、互いに「フェーズを異にして」てもよい。モデル214を改善するために、遅延がフェーズに測定データをもたらし、より正確なモデルが得られ、センサ121-128または気象観測所129からの測定データの一つ以上に添加することができる。遅延の量は、測定データにシステム100の特定の実施がないか調べることで測定されることができる。
【００４４】
[0045]  具体例において、モデル214は目標関数（例えば脂質製造、生物量成長率または栄養を含む除去）を最適化するのに用いることができる。目標関数を最適化するために、制御変数を駆動する操作された変数の最適化が、制御変数の少なくとも一つの目標であってもよい。その上、目標関数を最適化する少なくとも一つの目標のために、値を算出することができる。
【００４５】
[0046]  図２が、図１のシステム100の動作を最適化するための多変量コントローラ146の１つの実施形態を例示するにもかかわらず、さまざまな変更を図２にすることができる。例えば、コントローラ146は特定のニーズによるいかなる他の又は追加的なコンポーネントをも含むことができる。また、処理装置を使用して形成されるとして示されると共に、コントローラ146は他のいかなる適切な方法でもインプリメントされることができる。特定の実施形態では、コントローラ146によって実行されるとして上記した機能は、他のいかなる制御技術も使用して実装されることができる。更に、コントローラ146は、一つまたは多数の藻タンク104またはシステム100を制御するのに用いることができる。なお、上述した詳細（特定の制御、操作、および外乱変数とモデル214の識別など）は一例である。コントローラ146は、他のいかなる適切な変数および／またはモデルをも使用することを操作することができる。
【００４６】
[0047]  図３は、実施形態がこの開示によれば流体および独立栄養有機体の混合物を制御するシステム300をネットワーク化したことを示す。下記のように、図３の特定の要素は、上記した図１および２の要素と一致することができる。その結果、図１および２の参照番号は、必要に応じて図３において繰り返される。
【００４７】
[0048]  この例では、システム300は、センサ302、アクチュエータ304、多変量コントローラ146、サーバ147、ローカルコントローラ310およびネットワーク320、330aおよび330bを含む。ネットワーク320、330aおよび330bは、いかなる適切な通信ネットワークも含むことができる。センサ302は、多変量コントローラ146への多数の入力を提供する。例えば、情報は、ネットワーク330b、コントローラ310およびネットワーク320によるセンサ302から、多変量コントローラ146まで伝達されることができる。センサ302は、図１の同じセンサ121-128と一致し得る。図示はしていないが、気象観測所129はまた、コントローラ146にデータを提供することができる。
【００４８】
[0049]  アクチュエータ304は、多変量コントローラ146から出る多数の出力と一致し得る。例えば、コマンドはネットワーク320、コントローラ310およびネットワーク330aによるコントローラ146から、アクチュエータ304まで伝達され得る。二酸化炭素マスフローレートコントローラ302aは、図１の弁114bを含むことができ得る。エアーマスフローレートコントローラ302bは、図１の弁112bを含むことができ得る。電気ストーブ302cは、図１の熱エネルギー構成要素115および電気浸漬ヒータ115bと一致することができ得る。アジテータ302dは、図１の混合部品119を含むことができる。図示はしていないが、図１に示される他のアクチュエータはまた、図３に含まれることができる。
【００４９】
[0050]  上記の通りに、特定の構成で、多変量コントローラ146は、通信のために介在物を利用することができる。図３に示すように、介在物はローカルコントローラ310であり、それはコントローラ146からアクチュエータ304までコントローラ146およびコマンドに情報をセンサ302から中継する。特定の構成において、コントローラ310がHONEYWELL INTERNATIONAL INC.によるHC900コントローラであってもよい。また、サーバ147は、プロセスデータを格納し、視覚化するのに用いることができる。一つの例として、サーバ147はHONEYWELL EXPERION HSであってもよい。具体例において、複数のサーバ147が、提供されることができる。
【００５０】
[0051]  図３が流体および独立栄養有機体の混合物を制御するネットワーク化されたシステム300の１つの実施形態を例示するにもかかわらず、さまざまな変化を図3になすことができる。例えば、多変量コントローラ146が、他のいかなる適切なシステムでも使うことができる。その上、上記の通りに、他の種類のコントローラが、多変量コントローラ（例えばＰＩＤ制御装置、モデル予測コントローラなど）の代わりに使われることができる。
【００５１】
[0052]  図４は、この開示による流体および独立栄養有機体の混合物を備えるシステムを制御する実施形態方法400を例示する。ステップ410で、測定値はセンサおよび／または気象観測所から受け取られる。センサは、図１のセンサ121-128であってもよいが、但し、他の又は追加的なセンサが使われることができる。特定の構成において、センサは制御変数と一致し得る。図１にて説明したように、気象観測所129からの情報は、周囲環境の測定を含むことができる。測定値は、多変量コントローラ146または他のコントローラによって受け取られることができる。
【００５２】
[0053]  ステップ420で、一つ以上の操作された変数の一つ以上の調整は、測定値を使用して決定される。これは、制御され、操られる適切ないずれをも伴う妨害変数である一つ以上のモデル214を使用することを含み得る。
【００５３】
[0054]  ステップ430で、一つ以上の制御信号は、決定された調整に基づいて発生する。これらの制御信号は、上記したアクチュエータのうちの1つ以上に作用することができる。特定の例として、制御信号は、二酸化炭素流量の調整、空気流量、水の温度、又はタンク104内の攪拌のレベルを引き起こす可能性がある。
【００５４】
[0055]  決定ステップ440で、決定を続けるべきかどうかなされてもよい。もしそうならば、方法400はステップ410に戻る。これは、例えば、30秒ごとに一回のように、指定された間隔で行うことができる。
【００５５】
[0056]  図4が流体および独立栄養有機体の混合物を備えるシステムを制御する方法400の一例を例示するにもかかわらず、さまざまな変更を図４になすことができる。例えば、一連のステップとして示されると共に、図４におけるさまざまなステップは重なることができ、平行に起こることができ、異なるコマンドで起こることができ、または、いかなる回数でも生じ得る。
【００５６】
[0057]  実施形態によっては、上記されたさまざまな機能は、実装され、または計算機可読プログラムコードから形成され、計算機可読の媒体に表現されるコンピュータプログラムによってサポートされる。用語「計算機可読プログラムコード」はいかなる種類のコンピュータ・コードをも含み、ソースコード、オブジェクト・コードおよび実行コードを含む。用語「計算機可読媒体」は、コンピュータによってアクセスされることができる媒体（例えば読出し専用メモリ（ROM）、ランダム・アクセス・メモリ（RAM）、ハードディスク装置、コンパクトディスク（CD）、デジタルビデオディスク（DVD）または他のいかなるタイプのメモリ）のいかなるタイプも含む。
【００５７】
[0058] この特許文献の全体にわたって使用する特定の語句の定義を記載することは、有益であろう。語 "結合（する）"およびその派生は、それらの要素が互いに物理的に接触しているかどうかにかかわらず、二つ以上の要素間の直接的または間接的な通信を指す。用語「アプリケーション」および「プログラム」は、一つ以上のコンピュータプログラム、ソフトウェアコンポーネント、命令の集合、手順、機能、目的、クラス、例、関連したデータのことを称し、若しくは、その部分が適切なコンピュータコード（ソースコード、オブジェクト・コードまたは実行コードを含む）の実装のために適応する。用語「転送」、「受信」、「通信」、ならびにそれらの派生は、直接および間接的な通信を含む。用語「包含、含む」および「〜なる」並びにそれらの派生は、限定されるものではないことを意味する。用語「または」は、包括的に「および／または」を意味する。用語「関連した」並びにその派生は、包含し、相互接続し、結合し、通信し、協働し、インターリーブし、並列し、近位に位置し、有し、関係するなどの意味を包含する。用語「コントローラ」は、がいかなるデバイス、システム、または、少なくとも一つの動作を制御するそれらの一部を意味する。コントローラは、いかなる適切な構造（例えばハードウェアまたはハードウェアおよびソフトウェア/ファームウェア命令の組合せ）をも現す。特定のコントローラに関連付けられている機能は、ローカルまたはリモートで、集中化または分散させることができる。
【００５８】
[0059]  この開示が特定の実施形態を記載し、全体的に方法と関連すると共に、これらの実施形態および方法の変更および順列は当業者にとって明らかであろう。したがって、例示の実施形態の上記の説明は、この開示を画定せずまたは拘束しない。以下の請求項に記載の他の変化、置換および変更はまた、この開示の趣旨および範囲から逸脱することなく、可能である。
【図２】
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【図４】
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【図１】
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【図３】
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【国際調査報告】
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