(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントに対する制御システムであって、前記制御システムはコントローラ及びセンサを備え、
前記コントローラは、前記プラントの応答時間を推定し、且つ推定された応答時間に基づいてサンプリングレートを調節するように構成され、前記応答時間は、変動に対する前記プラントの応答を特徴付けるパラメータであり、調節されたサンプリングレートは、前記推定された応答時間に基づく最小許容サンプリングレートであり、
前記センサは、前記コントローラから前記調節されたサンプリングレートを受信し、前記調節されたサンプリングレートで前記プラントから被測定変数のサンプルを収集し、前記最小許容サンプリングレートに基づいて前記センサの電力消費を最適化する伝送間隔を決定し、且つ前記伝送間隔で前記コントローラに前記被測定変数のサンプルを提供するように構成される、制御システム。
【請求項２】
前記コントローラは、入力を生成して前記プラントに提供するために前記被測定変数のサンプルを使用するように構成される、請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記制御システムにおいて前記変動を検出し、且つ
前記プラントの前記応答時間を推定するために前記変動により影響を受ける信号を評価する
ように構成される、請求項１に記載の制御システム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記変動により影響を受ける信号のサンプルを生成するために前記調節されたサンプリングレートを使用するように構成される、請求項３に記載の制御システム。
【請求項５】
前記変動により影響を受ける信号は、前記被測定変数及び前記被測定変数の関数の少なくとも１つを含む、請求項３に記載の制御システム。
【請求項６】
前記変動により影響を受ける信号は、前記プラントに提供される入力及び前記プラントに提供される前記入力の関数の少なくとも１つを含む、請求項３に記載の制御システム。
【請求項７】
前記応答時間は、前記プラントの支配的時定数、帯域幅、及び開ループ応答時間の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の制御システム。
【請求項８】
コントローラ、センサ及びプラントを含む制御システムにおいて前記プラントを監視及び制御する方法であって、
前記プラントに対する前記コントローラにおいて、前記プラントに対する前記制御システムにおける変動により影響を受ける信号を受信するステップと、
前記プラントの応答時間を推定するために前記変動により影響を受ける信号を評価するステップであって、前記応答時間は、前記変動に対する前記プラントの応答を特徴付けるパラメータであるステップと、
推定された応答時間に基づいてサンプリングレートを調節するステップであって、調節されたサンプリングレートは、前記推定された応答時間に基づく最小許容サンプリングレートであるステップと、
前記コントローラから前記センサに調節されたサンプリングレートを提供するステップと、
前記調節されたサンプリングレートで前記プラントから被測定変数のサンプルを収集するために前記センサを使用するステップと、
前記最小許容サンプリングレートに基づいて前記センサの電力消費を最適化する伝送レートを決定するステップと、
前記伝送レートで前記コントローラに前記被測定変数のサンプルを送信するステップと、
入力を生成して前記プラントに提供するために前記被測定変数のサンプルを使用するステップと
を含む、方法。
【請求項９】
前記プラントに対する前記制御システムにおける前記変動を検出するステップを更に含み、
前記変動により影響を受ける信号は、前記変動を検出することに応答して評価される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記変動により影響を受ける信号のサンプルを生成するために前記調節されたサンプリングレートを使用するステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記変動により影響を受ける信号は、前記被測定変数及び前記被測定変数の関数の少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記変動により影響を受ける信号は、前記プラントに提供される前記入力及び前記プラントに提供される前記入力の関数の少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記応答時間は、前記プラントの支配的時定数、帯域幅、及び開ループ応答時間の少なくとも１つを含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、フィードバックコントローラの分野に関する。より詳細には、本開示は、フィードバックコントローラ用の適切なサンプリングレートを決定するためのシステム及び方法に関する。
【０００２】
［関連特許出願への相互参照］
本出願は、２０１３年３月１１日に提出された米国特許出願第１３７９４，６８３号の一部継続出願である２０１６年６月３日に提出された米国特許出願第１５／１７３，２９５号の利益及び優先権を主張する。こうした特許出願の両方が参照により全体が本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００３】
フィードバックコントローラは、広範なシステム及び処理を制御するために使用される。典型的には、フィードバックコントローラは、被制御変数（例えば、フィードバック信号）の測定値を受信し、測定値に基づいて制御装置に提供される入力を調節する。フィードバックコントローラの目的は、所望の設定値に被制御変数を維持するように装置に提供される入力を調節することである。
【０００４】
多くのフィードバックコントローラは、１つ以上の制御パラメータに基づいてフィードバック信号に応答する。フィードバック制御処理において頻繁に使用される１つの制御パラメータは、比例利得（即ち、比例項、利得等）である。フィードバックコントローラは、被制御システム又は処理に提供するための入力を決定する際に、誤差信号（例えば、設定値とフィードバック信号との間の差）に乗数として比例利得を適用する。比例利得に加えて、フィードバックコントローラは、積分項（例えば、比例積分（ＰＩ）コントローラにおいて）及び／又は微分項（例えば、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ等において）等の他の制御パラメータを使用することができる。
【０００５】
制御ループの外側の条件が被制御変数に影響を与える又は制御ループの態様が可変的に不完全である動的システムに関しては、最適制御パラメータも動的で有り得る。従って、一部のフィードバックコントローラは、システムの観測された挙動に基づいて制御パラメータを自動的に調節する（例えば、コントローラが「調整」される）。一部のフィードバックコントローラは、通常の動作中に制御パラメータを自動的に調節する適応調整アルゴリズムを含む。このような適応調整アルゴリズムは、他の調整ストラテジーに対して改善された性能をもたらすことができる。
【０００６】
被制御システム又は処理から測定値が収集されるレート（例えば、サンプリングレート）は、適応調整アルゴリズムの動作に影響を与え得る。サンプリングレートが速過ぎる場合、フィードバックコントローラは不適切に調整され、比例利得が小さ過ぎる場合がある。サンプリングレートが遅過ぎる場合、フィードバックコントローラの性能が悪影響を受ける場合がある。フィードバック制御システムに対する適切なサンプリングレートを決定することは困難である場合が多い。
【発明の概要】
【０００７】
本開示の１つの実装は、プラント用の制御システムである。制御システムは、コントローラ及びセンサを含む。コントローラは、プラントの応答時間を推定して、推定された応答時間に基づいてサンプリングレートを調節するように構成される。応答時間は、変動に対するプラントの応答を特徴付けるパラメータである。センサは、コントローラから調節されたサンプリングレートを受信し、調節されたサンプリングレートでプラントから被測定変数のサンプルを収集し、且つコントローラに被測定変数のサンプルを提供するように構成される。
【０００８】
一部の実施形態では、コントローラは、入力を生成してプラントに提供するために被測定変数のサンプルを使用するように構成される。一部の実施形態では、応答時間は、プラントの支配的時定数、帯域幅、及び開ループ応答時間の少なくとも１つを含む。
【０００９】
一部の実施形態では、コントローラは、制御システムにおける変動を検出し、且つプラントの応答時間を推定するために変動により影響を受ける信号を評価するように構成される。一部の実施形態では、コントローラは、変動により影響を受ける信号のサンプルを生成するために調節されたサンプリングレートを使用するように構成される。
【００１０】
一部の実施形態では、変動により影響を受ける信号は、被測定変数及び被測定変数の関数の少なくとも１つを含む。一部の実施形態では、変動により影響を受ける信号は、プラントに提供される入力及びプラントに提供される入力の関数の少なくとも１つを含む。
【００１１】
本開示の別の実装は、プラントを監視及び制御するための方法である。方法は、プラントの応答時間を推定することを含む。応答時間は、変動に対するプラントの応答を特徴付けるパラメータである。方法は、推定された応答時間に基づいてサンプリングレートを調節すること、調節されたサンプリングレートでプラントから被測定変数のサンプルを収集すること、入力を生成してプラントに提供するために被測定変数のサンプルを使用することを更に含む。
【００１２】
一部の実施形態では、方法は、プラントに対する制御システムにおける変動を検出すること、及びプラントの応答時間を推定するために変動により影響を受ける信号を評価することを含む。一部の実施形態では、変動により影響を受ける信号は、被測定変数及び被測定変数の関数の少なくとも１つを含む。一部の実施形態では、変動により影響を受ける信号は、プラントに提供される入力及びプラントに提供される入力の関数の少なくとも１つを含む。
【００１３】
一部の実施形態では、方法は、変動により影響を受ける信号のサンプルを生成するために調節されたサンプリングレートを使用することを含む。一部の実施形態では、応答時間は、プラントの支配的時定数、帯域幅、及び開ループ応答時間の少なくとも１つを含む。
【００１４】
本開示の別の実装は、プラントに対する制御システムである。制御システムは、制御システムにおける変動を検出するように構成される変動検出器、及びプラントの応答時間を推定するために変動により影響を受ける信号を評価するように構成される応答時間推定器を含む。応答時間は、変動に対するプラントの応答を特徴付けるパラメータである。システムは、プラントの推定された応答時間に基づいて制御システムにおける故障を検出するように構成される故障検出器、及び入力を生成してプラントに提供するように構成される適応コントローラを含む。
【００１５】
一部の実施形態では、故障検出器は、推定された応答時間をプラントに対する過去の応答時間と比較すること、及び過去の応答時間から既定量だけ逸脱する推定された応答時間に応答して故障が発生したことを決定することによって、故障を検出するように構成される。
【００１６】
一部の実施形態では、システムは、推定された応答時間に基づいて適応コントローラにより使用される動作パラメータを調節するように構成される動作パラメータ計算器を含む。一部の実施形態では、調節された動作パラメータは、コントローラ利得及び積分時間の少なくとも１つを含む。一部の実施形態では、応答時間は、プラントの支配的時定数、帯域幅、及び開ループ応答時間の少なくとも１つを含む。
【００１７】
一部の実施形態では、システムは、推定された応答時間に基づいてサンプリングレートを調節するように構成されるサンプリングレート調節器を含む。一部の実施形態では、システムは、調節されたサンプリングレートでプラントから被測定変数のサンプルを収集し、且つ適応コントローラに被測定変数のサンプルを提供するように構成されるセンサを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】例示的な実施形態による、閉ループシステムへの設定値ｒ及び負荷変動ｄの適用を示す、比例積分（ＰＩ）コントローラ及びプラントを含む閉ループ制御システムのブロック図である。
【図２】例示的な実施形態による、適応フィードバックコントローラ、誤差信号ｅに基づいてプラントに対する時定数τｐを推定するように構成される時定数推定器、及び推定された時定数τｐに基づいて適応フィードバックコントローラに対するサンプリングレートｈを決定するように構成されるサンプリングレート調節器を含む適応フィードバック制御システムのブロック図である。
【図３】例示的な実施形態による、設定値ｒのステップ変化に応答して、図２の適応フィードバック制御システムにより使用される誤差信号ｅのグラフである。
【図４】例示的な実施形態による、負荷変動ｄのステップ変化に応答して、図２の適応フィードバック制御システムにより使用される誤差信号ｅのグラフである。
【図５Ａ】例示的な実施形態による、図２の適応フィードバック制御システムの期待性能優位性を示す、複数の閉ループ制御システムに対する時間の関数として被制御処理から取得されるフィードバック信号のグラフである。
【図５Ｂ】例示的な実施形態による、図２のサンプリングレート調節器により決定され且つ使用され得る時間の関数としてのサンプリングレートのグラフである。
【図５Ｃ】例示的な実施形態による、サンプリングレートを適応的に更新することの期待性能優位性を示す、固定サンプリングレートを有する適応フィードバックコントローラにより決定されたコントローラ利得パラメータと共に、適応的に更新されたサンプリングレートを有する図２の適応フィードバックコントローラにより決定され且つ使用され得る経時的なコントローラ利得パラメータのグラフである。
【図５Ｄ】例示的な実施形態による、サンプリングレートを適応的に更新することの性能優位性を示す、固定サンプリングレートを有する適応フィードバックコントローラにより決定された積分時間パラメータと共に、適応的に更新されたサンプリングレートを有する図２の適応フィードバックコントローラにより決定され且つ使用され得る経時的な積分時間パラメータのグラフである。
【図６】例示的な実施形態による、図２の処理コントローラの詳細なブロック図である。
【図７】例示的な実施形態による、フィードバック制御システムにおいてサンプリングレートを適応的に調節するための処理のフローチャートである。
【図８】例示的な実施形態による、処理コントローラにより使用される動作パラメータを更新するために、プラントの応答時間を推定し且つ応答時間を使用するように構成される制御システムのブロック図である。
【図９】例示的な実施形態による、被測定変数のサンプルを収集し且つ処理コントローラに送信するためにサンプリングレートを使用する無線センサにサンプリングレートを提供する図８の処理コントローラを示すブロック図である。
【図１０】例示的な実施形態による、制御システムにおいて無線センサにより使用されるサンプリングレートを自動的に調節するための処理のフローチャートである。
【図１１】例示的な実施形態による、制御システムにおいて故障を検出するための処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
例示的な実施形態を詳細に示す図面に進む前に、本開示は記載の中で説明され又は図面に示された詳細又は方法に限定されないことが理解されるべきである。また、用語は、単に説明を目的としており、限定とみなされるべきではないことが理解されるべきである。
【００２０】
［概要］
概略的に図面を参照すると、様々な例示的な実施形態による、フィードバック制御システムにおいてサンプリングレートを適応的に調節するためのシステム及び方法が示されている。本明細書に記載のシステム及び方法は、被制御処理又はシステムに対する時定数を自動的に推定し、且つ推定された時定数に基づいてサンプリングレートを自動的に設定する。時定数は、誤差信号（例えば、被制御システムから受信したフィードバック信号と設定値との差）を解析することによって推定される。
【００２１】
時定数を推定することは、システムが設定値変化又は負荷変動を受けるかどうかを決定することを含む。システムが設定値変化を受ける場合、時定数は、誤差曲線の下の面積を決定するために誤差信号を（例えば、数値的に、解析的に）積分することによって推定される。誤差曲線の下の面積は、推定された時定数を決定するために設定値変化の振幅で割られてもよい。システムが負荷変動を受ける場合、時定数は、負荷変動に応答して誤差信号が極値（例えば、極小値又は極大値）に達する時間を決定することによって推定されてもよい。負荷変動が開始する時間値は、推定された時定数を決定するために誤差信号が極値に達する時間値から減算されてもよい。推定された時定数は、手動での観測又は調節無しで、フィードバック制御システムに対するサンプリングレートを自動的及び適応的に設定するために使用されてもよい。
【００２２】
本明細書に記載のシステム及び方法は、既存のフィードバックコントローラ（例えば、比例積分（ＰＩ）コントローラ、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ、パターン認識適応コントローラ（ＰＲＡＣ；ｐａｔｔｅｒｎ  ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ  ａｄａｐｔｉｖｅ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）に組み込まれるか又は既存のフィードバックコントロールシステムを補完してもよい。適応的に決定されたサンプリングレートは、被制御処理又はシステムに対する最適制御パラメータ（例えば、比例利得、積分時間等）を決定する際に適応フィードバックコントローラの性能を有利に改善し得る。
【００２３】
［制御システム］
図１を次に参照すると、例示的な実施形態による、閉ループ制御システム１００のブロック図が示されている。システム１００は、建物管理システム又は建物管理システムの一部（例えば、ＨＶＡＣ制御システム、照明制御システム、電力制御システム、セキュリティシステム等）であってもよい。システム１００は、単一の建物、建物のシステム、建物内の１つ以上のゾーンを制御するために使用されるローカル又は分散型制御システムであってもよい。一部の実装では、システム１００は、ジョンソンコントロールズ社により販売されているＭＥＴＡＳＹＳ(R)ブランド制御システムであってもよい。システム１００は、ＰＩコントローラ１０２、プラント１０４、減算要素１０６、及び加算要素１０８を含むように示されている。
【００２４】
プラント１０４は、閉ループシステム１００により監視及び制御されるシステム又は処理（例えば、制御処理）であってもよい。プラント１０４は、１つ以上の可変入力装置（例えば、ダンパー、空気処理装置、冷却装置、ボイラ、アクチュエータ、モータ等）及び１つ以上の測定装置（例えば、温度センサ、圧力センサ、電圧センサ、流量センサ、湿度センサ等）を含む動的システム（例えば、建物、建物のシステム、建物内のゾーン等）であってもよい。一部の実装では、プラント１０４は建物（例えば、部屋、床、領域等）の中のゾーンであってもよく、制御システム１００はゾーン内の温度を制御するために使用されてもよい。例えば、制御システム１００は、建物ゾーンへの調整空気（例えば、加熱、冷却、加湿等）のフローを増加又は減少させるためのＨＶＡＣ装置（空気処理装置（ＡＨＵ）、可変風量（ＶＡＶ）ボックス））におけるダンパー位置を能動的に調節してもよい。
【００２５】
プラント１０４は、制御信号ｕを変動信号ｄと結合する加算要素１０８からの入力を受信してもよい。一部の実施形態では、プラント１０４は、伝達関数
【００２６】
【数１】
0006559182.tif 000002
を有する一次プラントとしてモデル化されてもよく、ここでτｐは支配的時定数であり、Ｌは時間遅延であり、Ｋｐは処理利得である。他の実施形態では、プラント１０４は、二次、三次、又は更なる高次プラントとしてモデル化されてもよい。プラント１０４は、制御信号ｕ及び変動信号ｄに応答してフィードバック信号ｙを生成してもよい。フィードバック信号ｙは、誤差信号ｅを生成するために減算要素１０６において設定値ｒから減算されてもよい（例えば、ｅ＝ｒ−ｙ）。
【００２７】
ＰＩコントローラ１０２は、減算要素１０６から誤差信号ｅを受信するように示されている。ＰＩコントローラ１０２は、誤差信号ｅに応答して制御信号ｕを生成してもよい。一部の実施形態では、コントローラ１０２は、比例積分コントローラである。ＰＩコントローラ１０２は、伝達関数
【００２８】
【数２】
0006559182.tif 000003
を有してもよく、ここでＫｃはコントローラ利得であり、Ｔｉは積分時間である。コントローラ利得Ｋｃ及び積分時間Ｔｉは、誤差信号ｅに対するＰＩコントローラ１０２の応答を定義する制御パラメータである。即ち、コントローラ利得Ｋｃ及び積分時間Ｔｉは、どのようにＰＩコントローラ１０２が誤差信号ｅを制御信号ｕに変換するかを制御する。一部の実施形態では、Ｋｃ及びＴｉは唯一の制御パラメータである。他の実施形態では、異なる制御パラメータ（例えば、微分制御パラメータ等）が、制御パラメータＫｃ及びＴｉに加えて又は代えて使用されてもよい。
【００２９】
図１を更に参照すると、ラプラス領域において、誤差信号ｅ（s）は、設定値ｒ（s）に関して
【００３０】
【数３】
0006559182.tif 000004
と表されてもよい。誤差信号ｅ（s）は、変動信号ｄ（s）に関して
【００３１】
【数４】
0006559182.tif 000005
と表されてもよい。誤差信号に関する両式の共通項は、
【００３２】
【数５】
0006559182.tif 000006
と書き直されてもよい。この式は、そのＫｐＫｃ≒１及びそのＴｉ≒τｐを推定することによって簡略化され得る。次に、簡略化された閉ループ伝達関数は、
【００３３】
【数６】
0006559182.tif 000007
と表されてもよい。
【００３４】
図２を次に参照すると、例示的な実施形態による、閉ループシステム２００のブロック図が示されている。システム２００は、適応フィードバックコントローラ２１０、時定数推定器２１４及びサンプリングレート調節器２１６を有する処理コントローラ２０１を含むように示されている。適応フィードバックコントローラ２１０は、パターン認識適応コントローラ（ＰＲＡＣ）、モデル認識適応コントローラ（ＭＲＡＣ）、又は任意の他のタイプの適応調整又はフィードバックコントローラであってもよい。ＰＲＡＣコントローラは、米国特許第５，３５５，３０５号、第５，５０６，７６８号及び第６，９３７，９０９号、並びに他のリソースにおいてより詳細に記載されている。
【００３５】
適応フィードバックコントローラ２１０は、比例積分（ＰＩ）コントローラ、比例微分（ＰＤ）コントローラ、比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラ、又はフィードバック信号、誤差信号及び／又は設定値に応答して制御信号を生成する任意の他のタイプのコントローラを含んでもよい。適応フィードバックコントローラ２１０は、制御信号を生成するために使用される１つ以上のコントローラパラメータ（例えば、比例利得、積分時間等）を適応的に調節する任意のタイプのフィードバックコントローラ（例えば、ＰＲＡＣ、ＭＲＡＣ、ＰＩ等）であってもよい。適応フィードバックコントローラ２１０は、ＰＩコントローラ２０２及び適応チューナ２１２を含むように示されている。
【００３６】
ＰＩコントローラ２０２は、図１を参照して記載されたＰＩコントローラ１０２と同じ又は同類であってもよい。例えば、ＰＩコントローラ２０２は、伝達関数
【００３７】
【数７】
0006559182.tif 000008
を有する比例積分コントローラであってもよい。ＰＩコントローラ２０２は、減算要素２０６から誤差信号ｅを受信して、加算要素２０８に制御信号ｕを提供してもよい。加算要素２０８は、制御信号ｕを変動信号ｄと結合して、プラント２０４に結合信号を提供してもよい。要素２０６、２０８及びプラント２０４は、図１を参照して記載された要素１０６、１０８及びプラント１０４と同じ又は同類であってもよい。
【００３８】
適応チューナ２１２は、誤差信号ｅを制御信号ｕに変換する際に、ＰＩコントローラ２０２により使用される制御パラメータを周期的に調節（例えば、較正、同調、更新等）してもよい。適応チューナ２１２により決定された制御パラメータは、コントローラ利得Ｋｃ及び積分時間Ｔｉを含んでもよい。適応チューナ２１２は、ＰＩコントローラ２０２から制御信号ｕを受信して、（例えば、先述の米国特許に記載されているように）制御信号ｕに基づいて制御パラメータＫｃ及びＴｉを適応的に決定してもよい。適応チューナ２１２は、制御パラメータＫｃ及びＴｉをＰＩコントローラ２０２に提供する。
【００３９】
図２を更に参照すると、システム２００は、時定数推定器２１４を含むように更に示されている。時定数推定器２１４は、プラント２０４に対する支配的時定数τｐを決定する。次に、推定された時定数τｐは、ＰＩコントローラ２０２に対する適切なサンプリングレートｈを適応的に決定するためにサンプリングレート調節器２１６により使用される。また、時定数τｐは、所与の制御信号ｕへのプラント２０４の応答を予測するために使用されてもよい。時定数推定器２１４は、誤差信号ｅと共に設定値ｒを受信するように示されている。他の実施形態では、時定数推定器２１４は、誤差信号ｅのみを受信してもよく、又は設定値ｒ及びフィードバック信号ｙ（例えば、ｅ＝ｒ−ｙ）に基づいて誤差信号ｅを計算してもよい。時定数推定器２１４は、誤差信号ｅ、設定値ｒ、及び／又は制御システム２００の様々なコンポーネントから受信する他の入力に基づいて支配的時定数τｐを決定してもよい。一部の実施形態では、時定数推定器２１４は、（例えば、フィードフォワード、モデル予測制御、及び／又は開ループ制御システムにおける）制御信号ｕに基づいて時定数を推定してもよい。一部の実施形態では、制御信号ｕは、時定数を推定する際に、誤差信号ｅに代えて又は加えて使用されてもよい。
【００４０】
時定数τｐを推定するために使用される処理は、システム２００が設定値変化又は負荷変動を受けるかどうかに依存してもよい。設定値変化は、設定値ｒの増加又は減少である。設定値変化は、即時的（例えば、第１の設定値から第２の設定値への突然の変化）又は漸進的（例えば、ランプ増加又は減少等）であってもよい。設定値変化は、ユーザ（例えば、サーモスタットの温度設定を調節すること）により開始され、又は別のコントローラ又は処理（例えば、管理コントローラ、外ループカスケードコントローラ等）から受信されてもよい。
【００４１】
システム２００が設定値変更を受ける場合、時定数推定器２１４は、誤差曲線の下の面積Ａを決定するために誤差信号ｅを（例えば、数値的に、解析的に）積分することによって時定数τｐを推定してもよい。次に、時定数推定器２１４は、推定された時定数τｐを決定するために、設定値変化の振幅ａにより誤差曲線の下の面積Ａを割ってもよい
【００４２】
【数８】
0006559182.tif 000009
負荷変動は、プラント２０４に適用される非制御入力である。例えば、建物用の温度制御システムにおいて、負荷変動は、（例えば、特に暑い又は寒い日の間）建物の外壁を介して又は開放ドアを介して伝達される熱を含んでもよい。負荷変動は、測定される又は測定されないものであってもよい。一部の実施形態では、推定器２１４は、システム２００が設定値変化又は負荷変動を受けるかどうかを示す信号（例えば、状態指示、処理出力等）を適応フィードバックコントローラ２１０から受信する。他の実施形態では、時定数推定器２１４は、誤差信号ｅ及び／又は設定値ｒを解析することによって設定値変化又は負荷変動が発生したかどうかを決定する。
【００４３】
システム２００が負荷変動を受ける場合、時定数推定器２１４は、負荷変動に応答して誤差信号ｅが極値（例えば、極小値又は極大値）に達する時間ｔｅｘを決定することによって時定数τｐを推定してもよい。時定数推定器２１４は、推定された時定数τｐを決定するために負荷変動に応答して誤差信号ｅが極値ｔｅｘに達する時間から負荷変動が開始する時間ｔｄを減算してもよい（例えば、τｐ＝ｔｅｘ−ｔｄ）。設定値変化及び負荷変動に応答して時定数τｐを推定するために使用されるシステム及び方法は、図３及び図４をそれぞれ参照してより詳細に記載される。
【００４４】
一部の実施形態では、時定数推定器２１４は、識別された負荷変動又は設定値変化に応答して時定数τｐを決定する。時定数推定器２１４は、リアルタイムに（例えば、先述の計算を行うために十分なデータが収集された直後に）時定数τｐを有利に決定してもよい。例えば、時定数推定器２１４は、符号変化（例えば、正から負、負から正、ゼロ交差等）に関して誤差信号ｅを監視してもよい。負荷変動又は設定値変化が発生すると、誤差信号ｅは、「ゼロ交差」を経て、極値に達するまで増加又は減少してもよい。ＰＩコントローラ２０２は、制御入力ｕを操作することによって誤差信号ｅの振幅を減少させようとしてもよい。定常状態に達すると、誤差信号ｅは、誤差信号ｅがゼロに接近及び／又は交差するときに別の「ゼロ交差」を経てもよい。時定数推定器２１４は、誤差信号ｅ下の面積を計算するために又はｔｄとｔｅｘとの間の時間差を計算するために時間境界としてゼロ交差を使用してもよい。
【００４５】
他の実施形態では、時定数推定器は、履歴変動データを使用してτｐを決定してもよい。一部の実施形態では、時定数推定器２１４は、時定数τｐが推定される被制御処理又はシステムに対してローカルである。他の実施形態では、時定数推定器は、遠隔で（例えば、「クラウド」で、管理レベルで）実装されてもよい。時定数推定器２１４は、ＰＩコントローラ２０２、適応チューナ２１２の一部であるか、又はこのようなコンポーネントとは別に実装されてもよい。
【００４６】
一部の実施形態では、時定数推定器２１４は、時定数推定処理を進める前に、変動（例えば、負荷変動又は設定値変化）が有意閾値を超えるかどうかを決定する。例えば、時定数推定器２１４は、変動に応答する誤差信号ｅの振幅を閾値と比較してもよい。誤差信号ｅの振幅は、変動が発生した後の最大又は最小振幅であってもよい。一部の実施形態では、閾値は、ノイズ閾値（例えば、上限ノイズ閾値、下限ノイズ閾値、ノイズ帯域等）である。閾値は、事前定義される（例えば、メモリから取得される、ユーザにより指定される）又は被制御システム又は処理から取得される定常状態測定値に基づいて自動的に決定されてもよい。他の実施形態では、閾値は、面積閾値（例えば、誤差曲線の下の面積）、時間閾値、又はこれらの組み合わせである。例えば、時定数推定器２１４は、変動に応答する誤差曲線の下の面積を閾値面積の値と比較してもよい。積分された面積が閾値を超える場合、時定数推定器２１４は、変動が有意であると決定してもよい。時定数推定器２１４は、変動が有意であると決定される場合、時定数推定処理に進んでもよい。一部の実施形態では、時定数推定器２１４は、変動が有意であると決定されない場合、時定数τｐの推定には進まない。他の実施形態では、時定数推定器２１４は、変動の有意性を決定せず、及び／又は決定された有意性に関わらずτｐを推定する。
【００４７】
図２を更に参照すると、システム２００は、サンプリングレート調節器２１６を含むように更に示されている。サンプリングレート調節器２１６は、時定数推定器２１４から推定された時定数τｐを受信して、推定された時定数τｐに基づいてサンプリングレートｈを計算してもよい。一部の実施形態では、サンプリングレートｈは、被制御システム又は処理（例えば、プラント２０４）からフィードバック測定値を取得するためにＰＩコントローラ２０２により使用されるサンプリング間隔又はサンプリング周波数を定義する。他の実施形態では、サンプリングレートｈは、制御信号ｕがＰＩコントローラ２０２により調節されるレートを定義する。更なる実施形態では、サンプリングレートｈは、制御信号Ｋｃ及びＴｉが適応チューナ２１２により更新されるレートを定義する。
【００４８】
一部の実施形態では、サンプリングレート調節器２１６は、推定された時定数τｐの５０分の１から推定された時定数τｐの間の値にサンプリングレートｈを設定してもよい
【００４９】
【数９】
0006559182.tif 000010
より詳細な実施形態では、サンプリングレートｈは、推定された時定数τｐの４０分の１から推定された時定数τｐの間の値に設定されてもよい
【００５０】
【数１０】
0006559182.tif 000011
一部の実施形態では、サンプリングレートｈは、推定された時定数τｐの２０分の１から推定された時定数τｐの３分の１の間の値に設定されてもよい
【００５１】
【数１１】
0006559182.tif 000012
例示的な実施形態では、サンプリングレートｈは、推定された時定数τｐの１０分の１に略等しい値に設定されてもよい
【００５２】
【数１２】
0006559182.tif 000013
一部の実施形態では、サンプリングレート調節器２１６は、時定数推定器２１４、ＰＩコントローラ２０２、又は適応チューナ２１２と結合されてもよい。
【００５３】
一部の実施形態では、サンプリングレート調節器２１６は、計算されたサンプリングレートｈを現在又は過去のサンプリングレートｈ０と比較する。計算されたサンプリングレートｈがｈ０から有意に異なる場合、サンプリングレートは、最近計算された値ｈに更新されてもよい。一部の実施形態では、新しいサンプリングレートｈが現在のサンプリングレートの２倍以上である場合（例えば、ｈ≧２ｈ０）、現在のサンプリングレートｈ０は、新しいサンプリングレートｈに更新される。他の実施形態では、新しいサンプリングレートｈが現在のサンプリングレートの半分より小さい場合（例えば、ｈ≦０．５ｈ０）、現在のサンプリングレートｈ０は、新しいサンプリングレートｈに更新される。更なる実施形態では、サンプリングレート調節器２１６は、現在のサンプリングレートｈ０と計算されたサンプリングレートｈとの間の差分が差分閾値を超える場合
【００５４】
【数１３】
0006559182.tif 000014
又はｈ０とｈとの間の比率が比率閾値を超える場合
【００５５】
【数１４】
0006559182.tif 000015
現在のサンプリングレートｈ０を更新してもよい。更新されたサンプリングレートｈは、適応フィードバックコントローラ２１０に伝達されてもよい。
【００５６】
適切に設定されたサンプリングレートｈ（例えば、処理時定数τｐの関数であるサンプリングレート）は、適応フィードバックコントローラ２１０に対して改善された安定性及び制御機能を有利に提供し得る。サンプリングレートｈを適応的及び自動的に決定することは、広範な制御システムを適切に構成するために人間の介入（例えば、試行錯誤手法又は適切なサンプリングレートの概算）を不要にしてもよい。
【００５７】
［応答時間グラフ］
図３を次に参照すると、例示的な実施形態による、設定値ｒの変化に対する誤差信号ｅの時間応答を例示するグラフ３００が示されている。グラフ３００は、設定値ｒにおける振幅ａの段階的増加に応答する時間の関数として誤差信号ｅを示している。一部の実施形態では、プラント２０４の出力ｙは、即時的に増加又は減少することができない連続型変数である。誤差信号ｅは設定値ｒと出力ｙとの間の差分と定義されるので（例えば、ｅ＝ｒ−ｙ）、誤差信号ｅは、設定値変化の直前の第１の値（例えば、ｅ＝０）から設定値変化の直後の第２の値に突然増加してもよい。第２の値は、設定値変化の振幅ａに等しくてもよい。ＰＩコントローラ２０２は、プラント２０４に適用される制御信号ｕを調節することによって誤差信号ｅの増加に応答してもよい。このような調節は、設定値変化の振幅ａから定常状態の値（例えば、ｅ＝０）へと誤差信号ｅを連続的に減少させてもよい。
【００５８】
図３を更に参照すると、時定数推定器２１４は、設定値ｒのステップ変化に対する誤差信号ｅの応答に基づいてプラント２０４に対する時定数τｐを推定してもよい。先述したように、ラプラス領域において、誤差信号ｅ（s）は、設定値ｒ（s）に関して
【００５９】
【数１５】
0006559182.tif 000016
と表されてもよく、ここで
【００６０】
【数１６】
0006559182.tif 000017
である。設定値における振幅ａのステップ変化は、誤差信号
【００６１】
【数１７】
0006559182.tif 000018
を生成する。グラフ３００の誤差曲線の下の面積は、誤差信号ｅ（s）を積分することによって決定されてもよい
【００６２】
【数１８】
0006559182.tif 000019
安定システムにおいて、曲線の下の面積Ａは、ｔ＝∞及びｔ＝０における面積の差分と表され得る。即ち、
【００６３】
【数１９】
0006559182.tif 000020
である。この式から、時定数τｐは設定値変化の振幅ａ及び誤差曲線の下の面積Ａにのみ依存することが明らかである。
【００６４】
時定数推定器２１４は、設定値変化に応答する誤差曲線の下の面積Ａを追跡して、数式
【００６５】
【数２０】
0006559182.tif 000021
によって時定数τｐを推定してもよい。誤差曲線の下の面積Ａは、時間ステップ間の間隔の期間により各時間ステップｋにおける誤差信号ｅの振幅を乗算することによって追跡されてもよい
【００６６】
【数２１】
0006559182.tif 000022
一部の実施形態では、設定値変化の振幅ａは、設定値変化の直後の誤差信号ｅの振幅に基づいて推定されてもよい。他の実施形態では、設定値変化の振幅ａは、設定値ｒを解析することによって決定されてもよく、又は適応フィードバックコントローラ２１０からの入力として受信してもよい。
【００６７】
図３を更に参照すると、一部の実施形態では、時定数推定器２１４は、被制御システム又は処理（例えば、プラント２０４）に対する時間遅延Ｌを決定する。時間遅延Ｌは、入力が被制御システムに適用される時間と入力が効果を出し始める時間との間の間隔を表してもよい。時定数推定器２１４は、設定値変化への誤差信号ｅの応答を解析することによって時間遅延Ｌを決定してもよい。例えば、グラフ３００は、設定値変化が発生した直後に誤差信号ｅが設定値変化の振幅ａに即時的に変化することを示す。誤差信号ｅは、時間遅延Ｌが過ぎた後でシステムのダイナミクスが効果を出し始めるようになるまで、この値を維持してもよい。時定数推定器２１４は、誤差信号ｅの振幅が（例えば、調節された制御入力ｕに応答して）減少し始める時間から設定値変化が発生する時間を減算することによって時間遅延Ｌを推定してもよい。一部の実施形態では、時定数τｐ及び時間遅延Ｌは、別々に決定されてもよい。他の実施形態では、時定数τｐ及び時間遅延Ｌは、単一の変数（例えば、平均滞留時間、支配的時定数等）に結合されてもよい。
【００６８】
図４を次に参照すると、例示的な実施形態による、負荷変動に対する誤差信号ｅの時間応答を例示するグラフ４００が示されている。負荷変動は、非制御及び／又は未測定入力としてプラント２０４に適用されてもよい。負荷変動は、プラント２０４から受信した出力ｙ及びその結果として誤差信号ｅの変化を引き起こしてもよい（例えば、ｅ＝ｒ−ｙ）。一部の実施形態では、プラント２０４の出力ｙは、即時的に増加又は減少することができない連続型変数である。設定値ｒが一定に保たれる場合、負荷変動は、（例えば、設定値変化により引き起こされる即時的増加又は減少ではなく）誤差信号ｅの連続的増加又は変化を引き起こしてもよい。グラフ４００は、負荷変動に応答して連続的に減少する誤差信号ｅを示している。誤差信号ｅは、初期値（例えば、ｅ＝０）から極小値ｅｍｉｎに減少するように示されている。他の実施形態では、負荷変動は、初期値（例えば、ｅ＝０）から極大値ｅｍａｘへの誤差信号の増加を引き起こしてもよい。
【００６９】
ラプラス領域において、負荷変動の振幅ａのステップ変化に対する誤差信号ｅの応答は、数式
【００７０】
【数２２】
0006559182.tif 000023
により表されてもよく、ここでＫｐは処理利得であり、Ｌは被制御システム又は処理（例えば、プラント２０４）の時間遅延である。負荷変動が発生すると、システムのダイナミクスは、時間遅延Ｌの後になるまで誤差信号ｅに影響を与え始めない。従って、時間遅延Ｌは無視されてもよく、負荷変動における振幅ａのステップ変化に対する誤差信号ｅの応答は数式
【００７１】
【数２３】
0006559182.tif 000024
により表されてもよい。
【００７２】
時間領域では、誤差信号ｅは
【００７３】
【数２４】
0006559182.tif 000025
と表されてもよい。この数式の微分は
【００７４】
【数２５】
0006559182.tif 000026
である。誤差信号の極値（例えば、極大値又は極小値）は、
【００７５】
【数２６】
0006559182.tif 000027
の場合に時間ｔｅｘで見つけられる。負荷変動に応答して誤差信号ｅの極値は、変動が効果を発揮した後で時定数τｐに略等しい時間に発生してもよい。時定数推定器２１４は、負荷変動に応答して誤差信号ｅが極値ｔｅｘに達する時間から、負荷変動に応答して誤差信号ｅの振幅がｔｄを増加させ始める時間を減算することによって時定数τｐを決定してもよい（例えば、τｐ＝ｔｅｘ−ｔｄ）。
【００７６】
［性能グラフ］
図５Ａ−５Ｄを次に参照すると、例示的な実施形態による適応的に更新するサンプリングレートｈの期待利益が示されている。図５Ａ−５Ｄにおいて、シミュレーションされる一次プラントには、３つの異なるタイプのコントローラ、即ち、最適コントローラパラメータ（ＰＩｏｐｔ）を有する比例積分（ＰＩ）コントローラ、固定サンプリングレートｈ（ＰＲＡＣｆｉｘｅｄ）を有するパターン認識適応コントローラ（ＰＲＡＣ）、及び（例えば、図２−４を参照して記載されたシステム及び方法を使用する）適応的に調節されたサンプリングレートｈを有するＰＲＡＣ（ＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅ）により決定される制御信号ｕが提供される。
【００７７】
図５Ａを詳細に参照すると、グラフ５０１は、シミュレーションされるプラントが一連の設定値変化及び負荷変動を独立して受けるときの時間の関数として結果として得られる被測定変数ｙを例示している。設定値ｒが線５１０で示され、ＰＩｏｐｔ、ＰＲＡＣｆｉｘｅｄ及びＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅの性能がそれぞれ線５２０、５３０及び５４０で示されている。図５Ａから分かるように、ＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅ（線５４０）は、ＰＲＡＣｆｉｘｅｄ（線５３０）と比較すると、設定値ｒを追跡する（例えば、設定値に等しいように被測定変数ｙを制御する）ための優れた能力を実証している。ＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅの性能は、ＰＩｏｐｔ（線５２０）の性能さえも超え得る。
【００７８】
図５Ｂを参照すると、グラフ５０２は、ＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅに対する時間の関数としてサンプリングレートｈを例示している。サンプリングレートｈは、ｔ＝０において第１の値で開始するように示されている。約ｔ＝２５０秒で、サンプリングレートｈはより低い値に調節される。図５Ａを再び参照すると、この略同じ時間（例えば、ｔ≒２５０秒）に、ＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅの性能は有意に改善する。特に、ＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅは、シミュレーションを通じて１度だけサンプリングレートｈを調節するように示されている。単一のサンプリングレートの調節は、（例えば、時定数推定器２１４を参照して記載された）時定数τｐ推定、及び（例えば、サンプリングレート調節器２１６による）後続のサンプリングレート調節が、シミュレーションされるプラントの真の時定数τｐを正確に捉えることを示唆し得る。
【００７９】
図５Ｃ及び５Ｄを参照すると、ＰＲＡＣｆｉｘｅｄに対する及びＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅに対する時間の関数として（例えば、適応チューナ２１２により決定される）コントローラ利得パラメータＫｃ及び積分時間パラメータＴｉを例示している。図５Ｃでは、線５５０はＰＲＡＣｆｉｘｅｄに対するコントローラ利得パラメータＫｃを示し、線５６０はＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅに対する利得パラメータＫｃを示す。図５Ｄでは、線５７０はＰＲＡＣｆｉｘｅｄに対する積分時間パラメータＴｉを示し、線５８０はＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅに対する積分時間パラメータＴｉを示す。約ｔ＝２５０秒で（即ち、サンプリングレートｈが調節されるのと同時に）、ＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅは、コントローラ利得Ｋｃを初期値からより低い値に調節することによって、及び積分時間Ｔｉを初期値からより低い値に調節することによって補償する。特に、ＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅは、シミュレーションを通じて１度だけコントローラ利得Ｋｃ及び積分時間Ｔｉを調節するように示されている。この単一の調節は、サンプリングレートｈが適切に設定されると、ＰＲＡＣａｄａｐｔｉｖｅが、後続の訂正を必要とせずに適切なコントローラ利得Ｋｃ及び積分時間Ｔｉを正確に決定できることを示唆し得る。
【００８０】
［処理コントローラ］
図６を次に参照すると、例示的な実施形態による、処理コントローラ２０１のブロック図が示されている。処理コントローラ２０１は、通信インターフェース６１０及び処理回路６２０を含むように示されている。通信インターフェース６１０は、任意の数のジャック、有線端子、有線ポート、無線アンテナ、又は他の通信アダプタ、ハードウェア、又は情報（例えば、設定値ｒ情報、誤差信号ｅ情報、フィードバック信号ｙ情報等）又は制御信号（例えば、制御信号ｕ等）を伝達するための装置を含んでもよい。通信インターフェース６１０は、処理コントローラ２０１と被制御システム又は処理（例えば、プラント２０４）との間で、処理コントローラ２０１と管理コントローラとの間で、又は処理コントローラ２０１とローカルコントローラ（例えば、装置、建物、又はネットワーク固有コントローラ）との間で情報及び／又は制御信号を送信又は受信するように構成されてもよい。通信インターフェース６１０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＡＮ）、及び／又はインターネット等の分散ネットワークを介して情報を送信又は受信するように構成されてもよい。通信インターフェース６１０は、本明細書に記載の通信を提供又は促進するように構成される通信電子機器（例えば、受信機、送信機、トランシーバ、変調器、復調器、フィルタ、通信プロセッサ、通信論理モジュール、バッファ、復号器、符号器、暗号化器、増幅器等）を含み得る。
【００８１】
処理回路６２０は、プロセッサ６３０及びメモリ６４０を含むように示されている。プロセッサ６３０は、汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つ以上のフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、一群の処理コンポーネント、又は他の適切な電子処理コンポーネントとして実装され得る。
【００８２】
メモリ６４０（例えば、メモリ装置、メモリユニット、記憶装置等）は、本開示に記載の様々な処理、レイヤ、及びモジュールを遂行し又は促進するためのデータ及び／又はコンピュータコードを記憶するための１つ以上の装置（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク記憶装置等）である。メモリ６４０は、揮発性メモリ又は不揮発性メモリであってもよい。メモリ６４０は、データベースコンポーネント、オブジェクトコードコンポーネント、スクリプトコンポーネント、又は本願に記載の様々なアクティビティ及び情報構造をサポートするための任意の他のタイプの情報構造を含んでもよい。例示的な実施形態によれば、メモリ６４０は、処理回路６２０を介してプロセッサ６３０に通信可能に接続され、本明細書に記載の１つ以上の処理を（例えば、処理回路６２０及び／又はプロセッサ６３０により）実行するためのコンピュータコードを含む。メモリ６４０は、時定数推定モジュール６４２、サンプリングレート調節モジュール６４４、及び適応フィードバック制御モジュール６４６を含むように示されている。
【００８３】
時定数推定モジュール６４２は、図２を参照して記載された時定数推定器２１４の機能を行うように構成されてもよい。時定数推定モジュール６４２は、誤差信号ｅ、設定値信号ｒ、及び／又はフィードバック信号ｙを受信してもよい。時定数推定モジュール６４２は、誤差信号ｅを監視して、誤差信号ｅに基づいて被制御システム又は処理に対する時定数τｐを推定するように構成されてもよい。一部の実装では、時定数推定モジュール６４２は、（例えば、適応フィードバック制御６４６から信号を受信すること、誤差信号ｅを解析すること等によって）被制御システムが設定値変化又は負荷変動を受けるかどうかを決定してもよい。
【００８４】
システムが設定値変化を受ける場合、時定数推定モジュール６４２は、（例えば、誤差信号ｅにより定義される）誤差曲線の下の面積を決定することによって時定数τｐを推定してもよい。誤差曲線の下の面積は、推定された時定数τｐを決定するために設定値変化の振幅で割られてもよい。システムが負荷変動を受ける場合、時定数τｐは、負荷変動に応答して誤差信号ｅが極値（例えば、極小値又は極大値）に達する時間を決定することによって推定されてもよい。時定数推定モジュール６４２は、推定された時定数τｐを決定するために誤差信号ｅが極値に達する時間値から負荷変動が開始する時間値を減算してもよい。誤差信号ｅは、負荷変動が開始する時間を決定するためにゼロ交差（例えば、正から負又は負から正への符号変化）に関して監視されてもよい。時定数推定モジュール６４２は、推定された時定数τｐをサンプリングレート調節モジュール６４４に伝達してもよい。
【００８５】
サンプリングレート調節モジュール６４４は、図２を参照して記載されたサンプリングレート調節器２１６の機能を行うように構成されてもよい。サンプリングレート調節器６４４は、時定数推定モジュール６４２から推定された時定数τｐを受信して、推定された時定数τｐに基づいてサンプリングレートｈを計算してもよい。一部の実施形態では、サンプリングレート調節モジュール６４４は、推定された時定数τｐの１０分の１に略等しい値にサンプリングレートｈを設定してもよい
【００８６】
【数２７】
0006559182.tif 000028
一部の実施形態では、サンプリングレート調節モジュール６４４は、計算されたサンプリングレートｈを現在又は過去のサンプリングレートｈ０と比較する。計算されたサンプリングレートｈがｈ０から有意に異なる場合（例えば、ｈがｈ０の半分より小さいか又はｈ０の２倍よりも大きい）、サンプリングレート調節モジュールは、サンプリングレートを最近計算された値ｈに更新してもよい。更新されたサンプリングレートｈは、適応フィードバック制御モジュール６４６に伝達されてもよい。
【００８７】
適応フィードバック制御モジュール６４６は、図２を参照して記載されたＰＩコントローラ２０２及び適応チューナ２１２の機能を行うように構成されてもよい。適応フィードバック制御モジュール６４６は、パターン認識適応コントローラ（ＰＲＡＣ）、モデル認識適応コントローラ（ＭＲＡＣ）、又は任意の他のタイプの適応調整又はフィードバックコントローラの機能を含んでもよい。適応フィードバック制御モジュール６４６は、フィードバック信号ｙと設定値ｒとの差分を表す誤差信号ｅを受信してもよい。適応フィードバック制御モジュール６４６は、誤差信号ｅに基づいて被制御処理又はシステムに対する制御信号ｕを計算してもよい。制御信号ｕは、通信インターフェース６１０を介して被制御処理又はシステムに伝達されてもよい。
【００８８】
［適応的サンプリングレート調節］
図７を次に参照すると、例示的な実施形態による、フィードバック制御システムにおいてサンプリングレートを適応的に調節するための処理のフローチャート７００が示されている。処理７００は、変動イベントに関して誤差信号を監視することを含むように示されている（ステップ７０２）。誤差信号ｅは、被制御処理又はシステムから受信したフィードバック信号ｙと設定値ｒとの間の差分であってもよい。一部の実施形態では、ステップ７０２は、誤差信号ｅにおける変動（例えば、ゼロ誤差定常状態から誤差信号の偏差）が変動イベントと見なされるかどうかを決定することを含む。ステップ７０２は、誤差信号ｅの振幅又は誤差信号ｅで制限される面積を閾値と比較することを含んでもよい。一部の実施形態では、閾値は、ノイズ閾値（例えば、測定ノイズ、処理ノイズ、合成ノイズ等）であってもよい。振幅又は面積が閾値を超える場合、変動は、変動イベントと分類されてもよい。一部の実施形態では、処理７００の残りのステップ（例えば、ステップ７０４−７１０）は、検出された変動が変動イベントと見なされる場合にのみ行われる。他の実施形態では、ステップ７０４−７１０は、検出された全ての変動に対して行われる。
【００８９】
ステップ７０２は、変動イベントを設定値変化及び負荷変動の少なくとも１つとして識別することを含んでもよい。一部の実施形態では、変動イベントは、適応フィードバックコントローラから受信した状態指示又は信号を介して識別されてもよい。例えば、ＰＲＡＣは、制御システムが設定値変化又は負荷変動を受けるかどうかを示す信号を出力してもよい。他の実施形態では、変動イベントは、誤差信号ｅを解析することによって識別されてもよい。例えば、設定値変化は誤差信号ｅの即時変化をもたらし得るが、負荷変動は誤差信号ｅの振幅の連続的増加をもたらしてもよい。
【００９０】
図７を更に参照すると、処理７００は、制御処理に対する時定数を推定するために変動イベントに応答して誤差信号を評価することを更に含むように示されている。ステップ７０２において変動イベントが設定値変化として識別される場合、誤差信号ｅを評価することは、設定値変化に応答して誤差信号ｅによって制限される面積Ａを追跡することを含んでもよい。誤差信号によって制限される面積Ａは、誤差曲線（例えば、時間の関数としての誤差信号のグラフ表示）と時間軸（例えば、時間軸に沿って延びる「ゼロ誤差」線）との間の面積であってもよい。誤差信号によって制限される面積Ａは、（例えば、誤差曲線が正の誤差値を含む場合）時間軸の上の面積であり、又は（例えば、誤差曲線が負の誤差値を含む場合）時間軸の下の面積であってもよい。誤差信号によって制限される面積Ａは、解析的に（例えば、誤差信号を数式として表すこと、数式を積分すること、
【００９１】
【数２８】
0006559182.tif 000029
等によって）、又は数値的に（例えば、時間ステップの持続時間で誤差信号の振幅を乗算すること、結果の積を足すこと、
【００９２】
【数２９】
0006559182.tif 000030
等によって）追跡されてもよい。
【００９３】
一部の実施形態では、誤差信号ｅによって制限される面積Ａは、追跡間隔の間、追跡されてもよい。追跡間隔は、設定値変化の時間で開始して、誤差信号ｅが時間軸を横切る時間（例えば、「ゼロ交差」）で終了してもよい。他の実施形態では、追跡間隔は、誤差信号｜ｅ｜の振幅が振幅閾値を横切る時間で終了してもよい。振幅閾値は、制御システムが変動イベントに適切に応答した決定され得る非ゼロ誤差値であってもよい。一部の実施形態では、振幅閾値は、被制御システム又は処理に対するノイズ閾値（例えば、測定ノイズ、処理ノイズ等）であってもよい。
【００９４】
ステップ７０２において変動イベントが設定値変化と識別される場合、ステップ７０４は、制御処理の推定された時定数を決定するために、設定値変化の振幅ａで、誤差信号によって制限される面積Ａを割ることを更に含んでもよい
【００９５】
【数３０】
0006559182.tif 000031
一部の実施形態では、設定値変化の振幅は、設定値信号を解析すること（例えば、設定値変化の後の設定値から設定値変化の前の設定値を減算すること）によって取得され得る。他の実施形態では、設定値変化の振幅ａは、誤差信号ｅを解析すること（例えば、誤差信号の振幅において即時増加の振幅を決定すること）によって取得され得る。更なる実施形態では、設定値変化の振幅ａは、別の処理又はシステムから受信され得る。
【００９６】
ステップ７０４を更に参照すると、ステップ７０２において変動イベントが負荷変動と識別された場合、変動イベントに応答して誤差信号を評価することは、負荷変動に応答して誤差信号｜ｅ｜の振幅を追跡すること、及び負荷変動に応答して誤差信号｜ｅ｜の振幅が極大値に達する時間を決定することを含んでもよい。誤差信号｜ｅ｜ｍａｘの最大振幅は、負荷変動に応答する極値（極大値ｅｍａｘ又は極小値ｅｍｉｎ）であってもよい。設定値変化とは異なり、負荷変動は、変動の発生後、時間ｔｅｘで極大値｜ｅ｜ｍａｘに達するまで連続的に（例えば、非即時的に）誤差信号｜ｅ｜の振幅を増加させてもよい。ステップ７０２において変動イベントが負荷変動と識別される場合、ステップ７０４は、制御処理の時定数を決定するために、誤差信号の振幅が極大値ｔｅｘに達する時間から誤差信号の振幅が負荷変動に応答して増加し始める時間時間ｔｄを減算することを含んでもよい（例えば、τｐ＝ｔｅｘ−ｔｄ）。
【００９７】
図７を更に参照すると、処理７００は、推定された時定数に基づいてフィードバック制御システムを使用するためにサンプリングレートを決定することを更に含むように示されている（ステップ７０６）。サンプリングレートｈは、サンプリング期間（例えば、サンプル間の間隔）又はサンプリング周波数（例えば、サンプルが得られるレート）であってもよい。一部の実施形態では、サンプリングレートｈは、非制御処理に適用される制御信号ｕを決定するのに使用されるフィードバック信号ｙから測定値のサブセットを選択するために使用されてもよい。他の実施形態では、サンプリングレートｈは、制御信号ｕが更新される間隔を指定してもよい。一部の実施形態では、ステップ７０６は、推定された時定数τｐの４０分の１から推定された時定数τｐの間でサンプリングレートｈを選択することを含んでもよい
【００９８】
【数３１】
0006559182.tif 000032
より詳細な実施形態では、ステップ７０６は、推定された時定数τｐの約１０分の１のサンプリングレートｈを選択することを含んでもよい
【００９９】
【数３２】
0006559182.tif 000033
図７を更に参照すると、一部の実施形態では、処理７００は、決定されたサンプリングレートｈをフィードバック制御システムにより使用される過去のサンプリングレートｈ０と比較すること（ステップ７０８）、及び、１つ以上の更新基準に適合することが比較により明らかになる場合、過去のサンプリングレートｈ０を決定されたサンプリングレートｈに更新すること（ステップ７１０）を更に含んでもよい。更新基準は、変化が最小であるか又は有意でない場合に、過去のサンプリングレートｈ０が更新されることを防いでもよい。例えば、更新基準は、決定されたサンプリングレートｈが過去のサンプリングレートの少なくとも２倍である場合（例えば、ｈ≧２ｈ０）、過去のサンプリングレートｈ０をステップ７０６で決定されたサンプリングレートｈに更新することを含んでもよい。一部の実施形態では、決定されたサンプリングレートｈが過去のサンプリングレートの半分より小さい場合（例えば、ｈ≦０．５ｈ０）、過去のサンプリングレートｈ０は、ステップ７０６で決定されたサンプリングレートｈに更新されてもよい。更なる実施形態では、ステップ７０８及び７１０は、過去のサンプリングレートｈ０とステップ７０６で決定されたサンプリングレートｈとの差分が差分閾値を超える場合
【０１００】
【数３３】
0006559182.tif 000034
又はｈ０とｈとの間の比率が比率閾値を超える場合
【０１０１】
【数３４】
0006559182.tif 000035
過去のサンプリングレートｈ０を更新することを含んでもよい。
【０１０２】
一部の実装では、本明細書に記載のシステム及び方法は、閉ループフィードバック制御システムで使用されてもよい。閉ループシステムに実装される場合、変動イベントは、（例えば、負荷変動又は設定値変化に関して）誤差信号を監視することによって検出されてもよい。誤差信号は、制御処理から受信したフィードバック信号に基づいてもよい。他の実装では、記載されたシステム及び方法は、フィードフォワード制御システム、開ループ制御システム、モデル予測制御システム、カスケード制御システム、及び／又は任意の他のタイプの自動化制御システムで使用されてもよい。非フィードバック制御システムに実装される場合、変動イベントは、（例えば、制御処理に提供される）制御信号、（例えば、フィードフォワード推定器から受信する）フィードフォワード信号、（例えば、被制御変数以外の変数を監視するセンサからの）センサ信号、又は制御システムの１つ以上のコンポーネント間で伝達される任意の他のタイプの（例えば、計算された又は測定された）信号を監視することによって検出されてもよい。監視された信号は、時定数を推定し、且つ非フィードバック制御システムで使用されるサンプリングレートを決定するために上記のように（例えば、時定数推定器２１４により）解析されてもよい。
【０１０３】
［故障を検出して動作パラメータを調節するための応答時間の使用］
図８を次に参照すると、例示的な実施形態による、別の制御システムのブロック図が示されている。一部の実施形態では、制御システム８００は、フィードバック制御システムである。他の実施形態では、制御システム８００は、フィードフォワード制御システム、開ループ制御システム、モデル予測制御システム、カスケード制御システム、及び／又は任意の他のタイプの自動化制御システムであってもよい。システム８００は、処理コントローラ８０１、無線センサ８０２、及びプラント８０４を含むように示されている。処理コントローラ８０１は、プラント８０４を監視及び制御するように構成されてもよい。制御システム８００に変動が起こると、処理コントローラ８０１は、プラント８０４の応答時間を推定するために変動により影響を受ける信号を監視し得る。処理コントローラ８０１は、適切なサンプリングレートを決定し、故障を検出し、及び／又は処理コントローラ８０１により使用される動作パラメータを調節するためにプラント８０４の推定された応答時間を使用し得る。一部の実施形態では、処理コントローラ８０１は、決定されたサンプリングレートを無線コントローラ８０２に提供する。無線コントローラ８０２は、データサンプルを収集して、処理コントローラ８０１に送信するためにサンプリングレートを使用し得る。
【０１０４】
処理コントローラ８０１は、通信インターフェース８１０及び処理回路８２０を含むように示されている。通信インターフェース８１０は、任意の数のジャック、有線端子、有線ポート、無線アンテナ、又は他の通信アダプタ、ハードウェア、又は情報（例えば、設定値ｒ情報、誤差信号ｅ情報、フィードバック信号ｙ情報等）又は制御信号（例えば、制御信号ｕ等）を伝達するための装置を含んでもよい。通信インターフェース８１０は、処理コントローラ８０１と被制御システム又は処理（例えば、プラント８０４）との間で、処理コントローラ８０１と管理コントローラとの間で、又は処理コントローラ８０１とローカルコントローラ（例えば、装置、建物、又はネットワーク固有コントローラ）との間で情報及び／又は制御信号を送信又は受信するように構成されてもよい。通信インターフェース８１０は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＡＮ）、及び／又はインターネット等の分散ネットワークを介して情報を送信又は受信するように構成されてもよい。通信インターフェース８１０は、本明細書に記載の通信を提供又は促進するように構成される通信電子機器（例えば、受信機、送信機、トランシーバ、変調器、復調器、フィルタ、通信プロセッサ、通信論理モジュール、バッファ、復号器、符号器、暗号化器、増幅器等）を含み得る。
【０１０５】
処理回路８２０は、プロセッサ８３０及びメモリ８４０を含むように示されている。プロセッサ８３０は、汎用プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、１つ以上のフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、一群の処理コンポーネント、又は他の適切な電子処理コンポーネントとして実装され得る。メモリ８４０（例えば、メモリ装置、メモリユニット、記憶装置等）は、本開示に記載の様々な処理、レイヤ、及びモジュールを遂行し又は促進するためのデータ及び／又はコンピュータコードを記憶するための１つ以上の装置（例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ハードディスク記憶装置等）である。メモリ８４０は、揮発性メモリ又は不揮発性メモリであってもよい。メモリ８４０は、データベースコンポーネント、オブジェクトコードコンポーネント、スクリプトコンポーネント、又は本願に記載の様々なアクティビティ及び情報構造をサポートするための任意の他のタイプの情報構造を含んでもよい。例示的な実施形態によれば、メモリ８４０は、処理回路８２０を介してプロセッサ８３０に通信可能に接続され、本明細書に記載の１つ以上の処理を（例えば、処理回路８２０及び／又はプロセッサ８３０により）実行するためのコンピュータコードを含む。
【０１０６】
処理コントローラ８０１は、データ収集器８４２を含むように示されている。データ収集器８４２は、通信インターフェース８１０を介して、データ信号及び／又はデータサンプルを受信し得る。一部の実施形態では、データ収集器８４２は、変動により影響を受ける信号をサンプリングする。例えば、データ収集器８４２は、変動により影響を受ける信号を受信するように示されている。変動により影響を受ける信号は、プラント８０４からのフィードバック信号（例えば、フィードバック信号ｙ）、設定値信号（例えば、設定値信号ｒ）、誤差信号ｅ（例えば、ｅ＝ｒ−ｙ）、プラント８０４に提供される制御信号（例えば、入力信号ｕ）、又は制御システム８００における任意の他の信号であり得る。変動により影響を受ける信号は、制御システム８００に変動が起こると変化する任意の信号であり得る。変化は、変動の直接的な結果（例えば、フィードバック信号ｙの変化）、又は変動に反応する処理コントローラ８０１の間接的な結果であり得る。例えば、変動により影響を受ける信号は、検出された変動を補償するためにプラント８０４に提供される入力信号ｕであり得る。
【０１０７】
一部の実施形態では、データ収集器８４２は、サンプリングレート調節器８５６から受信したサンプリングレートで変動により影響を受ける信号をサンプリングする。サンプリングレートは、プラント８０４の推定された応答時間に基づいて自動的に調節され得る。データ収集器８４２により生成されるデータサンプルは、プラント８０４に対する適切な入力信号ｕを決定するのに使用するために適応コントローラ８５０に提供され得る。一部の実施形態では、データ収集器８４２は、無線センサ８０２からデータサンプルを受信する。無線センサ８０２からのデータサンプルは、サンプリングレート調節器８５６により決定されるサンプリングレートで収集され及び／又は送信され得る。
【０１０８】
図８を更に参照すると、処理コントローラ８０１は、変動検出器８４４を含むように示されている。変動検出器８４４は、制御システム８００の変動を検出することができる。一部の実施形態では、変動は、変化又は負荷変動である。変動検出器８４４は、変動により影響を受ける信号を監視することによって設定値変化又は負荷変動を検出することができる。一部の実施形態では、変動検出器８４４は、適応コントローラ８５０から受信した状態指示又は信号を使用して変動を検出する。例えば、コントローラ８５０は、制御システム８００が設定値変化又は負荷変動を受けるかどうかを示す信号を出力してもよい。一部の実施形態では、変動は、ユーザ入力（例えば、ユーザ固有設定値変化）を含み、変動検出器８４４はユーザ入力を監視することによって変動を検出する。
【０１０９】
一部の実施形態では、変動検出器８４４は、フィードバック制御システムにおける誤差信号ｅを解析することによって変動を検出する。例えば、設定値変化は誤差信号ｅの即時変化をもたらし得るが、負荷変動は誤差信号ｅの振幅の連続的増加をもたらしてもよい。非フィードバック制御システムに実装される場合、変動検出器８４４は、プラント８０４に提供される制御信号、（例えば、フィードフォワード推定器から受信する）フィードフォワード信号、（例えば、被制御変数以外の変数を監視するセンサからの）センサ信号、又は制御システム８００の１つ以上のコンポーネント間で伝達される任意の他のタイプの（例えば、計算された又は測定された）信号を監視することによって変動を検出できる。変動検出器８４４は、いつ変動が制御システム８００において検出されるかを応答時間推定器８４６に通知し得る。
【０１１０】
応答時間推定器８４６は、図２を参照して記載された時定数推定器２１４の機能を行うように構成されてもよい。例えば、応答時間推定器８４６は、プラント８０４の応答時間を推定するために変動により影響を受ける信号を評価することができる。プラント８０４の応答時間は、変動に対するプラント８０４の応答を特徴付けるパラメータである。例えば、プラント８０４の応答時間は、（先に記載されたように）時定数τｐ、プラント８０４の支配的時定数、プラント８０４の帯域幅、開ループ応答時間、又は変動に対するプラント８０４の時間応答を特徴付ける任意の他のパラメータであってもよい。一部の実施形態では、応答時間推定器８４６は、制御システム８００において検出された変動に応答して（例えば、変動検出器８４４からの変動通知を受信することに応答して）プラント８０４の応答時間を推定する。応答時間推定器８４６は、時定数推定器２１４が誤差信号ｅを評価するのと同じように変動により影響を受ける信号を評価することができる。
【０１１１】
一部の実施形態では、応答時間推定器８４６は、（例えば、適応コントローラ８５０から信号を受信することによって、変動により影響を受ける信号を解析することによって）制御システム８００が設定値変化又は負荷変動を受けるかどうかを決定する。システムが設定値変化を受ける場合、応答時間推定器８４６は、変動により影響を受ける信号を結合することによって応答時間を推定してもよい。例えば、応答時間推定器８４６は、変動により影響を受ける信号により定義される曲線の下の面積を決定し得る。応答時間推定器８４６は、推定された応答時間を決定するために、設定値変化の振幅により曲線の下の面積を割ってもよい。
【０１１２】
システムが負荷変動を受ける場合、応答時間推定器８４６は、負荷変動に応答して変動により影響を受ける信号が極値（例えば、極小値又は極大値）に達する時間を決定することによって応答時間を推定し得る。応答時間推定器８４６は、推定された応答時間を決定するために信号が極値に達する時間値から負荷変動が開始する時間値を減算してもよい。応答時間推定器８４６は、負荷変動が開始する時間を決定するために閾値交差（例えば、正から負又は負から正への符号変化）に関して変動により影響を受ける信号を監視し得る。応答時間推定器８４６は、動作パラメータ計算器８４８、故障検出器８５２、サンプリングレート調節器８５６に推定された応答時間を伝達するか、又は応答時間データベース８５４に推定された応答時間を記憶してもよい。
【０１１３】
サンプリングレート調節器８５６は、図２を参照して記載されたサンプリングレート調節器２１６の機能を行うように構成されてもよい。サンプリングレート調節器８５６は、応答時間推定器８４６から推定された応答時間を受信して、推定された応答時間に基づいてサンプリングレートｈを計算してもよい。一部の実施形態では、サンプリングレート調節器８５６は、推定された応答時間の１０分の１に略等しい値にサンプリングレートｈを設定する。一部の実施形態では、サンプリングレート調節器８５６は、計算されたサンプリングレートｈを現在又は過去のサンプリングレートｈ０と比較する。計算されたサンプリングレートｈがｈ０から有意に異なる場合（例えば、ｈがｈ０の半分より小さいか又はｈ０の２倍よりも大きい）、サンプリングレート調節器８５６は、サンプリングレートを最近計算された値ｈに更新してもよい。
【０１１４】
一部の実施形態では、更新されたサンプリングレートｈは、最小許容サンプリングレートである。最小許容サンプリングレートは、推定された応答時間の関数であってもよく（例えば、推定された応答時間の１０分の１）、適切な制御を確保するためにデータサンプルがプラント８０４から収集され得る最小レートを示してもよい。一部の実施形態では、サンプリングレート調節器８５６は、更新されたサンプリングレートｈをデータ収集器８４２に提供する。データ収集器８４２は、データ収集器８４２が変動により影響を受ける信号のサンプルを収集するレートを調節するために更新されたサンプリングレートｈを使用し得る。一部の実施形態では、サンプリングレート調節器８５６は、更新されたサンプリングレートｈを無線センサ８０２に提供する。無線センサ８０２は、無線センサ８０２がデータサンプルを収集し及び／又は処理コントローラ８０１に送信するレートを調節するために更新されたサンプリングレートｈを使用し得る。
【０１１５】
図８を更に参照すると、処理コントローラ８０１は、動作パラメータ計算器８４８を含むように示されている。動作パラメータ計算器８４８は、図２を参照して記載された適応チューナ２１２の機能を行うように構成されてもよい。一部の実施形態では、動作パラメータ計算器８４８は、適応コントローラ８５０により使用される１つ以上の動作パラメータの値を計算するためにプラント８０４の推定された応答時間を使用する。例えば、動作パラメータ計算器８４８は、推定された応答時間の関数としてコントローラ利得Ｋｃ及び積分時間Ｔｉ等のコントローラパラメータに関する値を計算し得る。一部の実施形態では、動作パラメータ計算器８４８は、図５Ａ‐５Ｄを参照して記載された推定された応答時間に基づいて各動作パラメータの初期値を調節する。推定された応答時間に基づいて動作パラメータ計算器８４８がコントローラ動作パラメータをどのように計算し得るかの複数の例が、米国特許第５，３５５，３０５号、第５，５０６，７６８号及び第６，９３７，９０９号に詳細に記載されている。こうした特許の各々の全開示は、参照により本明細書に援用される。
【０１１６】
適応コントローラ８５０は、図２を参照して記載されたＰＩコントローラ２０２の機能を行うように構成されてもよい。適応コントローラ８５０は、パターン認識適応コントローラ（ＰＲＡＣ）、モデル認識適応コントローラ（ＭＲＡＣ）、又は任意の他のタイプの適応調整又はフィードバックコントローラの機能を含んでもよい。適応コントローラ８５０は、フィードバックコントローラ、フィードフォワードコントローラ、モデル予測コントローラ、又はプラント８０４に対する入力信号を生成する任意の他のタイプのコントローラであってもよい。適応コントローラ８５０は、データ収集器８４２及び／又は無線センサ８０２からデータサンプルを受信してもよい。適応コントローラ８５０は、プラント８０４に関する入力信号ｕを生成するために動作パラメータ計算器８４８により計算される動作パラメータと組み合わせてデータサンプルを使用してもよい。入力信号ｕは、通信インターフェース８１０を介してプラント８０４に伝達されてもよい。
【０１１７】
図８を更に参照すると、処理コントローラ８０１は、故障検出器８５２及び応答時間データベース８５４を含むように示されている。応答時間データベース８５４は、応答時間推定器８４６により決定される応答時間の履歴を記憶してもよい。新しい応答時間がプラント８０４に関して推定される度に、新しい応答時間は、応答時間データベース８５４に記憶され得る。プラント８０４の応答時間は、故障が無い場合、相対的に一定のままであることが期待され得る。応答時間の有意な変化は、故障が発生したことを示し得る。例えば、故障した建物設備は、プラント８０４を変動に対してよりゆっくりと反応させてもよく、これはより長い応答時間をもたらし得る。
【０１１８】
故障検出器８５２は、制御システム８００における故障を検出するためにプラント８０４に関する応答時間の履歴を使用し得る。例えば、故障検出器８５２は、応答時間推定器８４６により生成された現在の応答時間を、応答時間データベース８５４からの過去の応答時間と比較し得る。現在の応答時間が過去の応答時間とは有意に異なる場合、故障検出器８５２は、故障が発生したことを決定してもよい。一部の実施形態では、故障検出器８５２は、現在の応答時間と過去の応答時間との差分を計算して、差分を閾値と比較する。差分が閾値を超える場合、故障検出器８５２は、故障が発生したことを決定してもよい。一部の実施形態では、故障検出器８５２は、過去の応答時間に対する現在の応答時間の比率を計算する。比率が最小閾値より小さいか又は最大閾値より大きい場合、故障検出器８５２は、故障が発生したことを決定してもよい。
【０１１９】
次に図９を参照すると、例示的な実施形態による、制御システム８００の一部がより詳細に示されている。システム８００は、処理コントローラ８０１及び無線センサ８０２を含むように示されている。処理コントローラ８０１は、無線センサ８０２にサンプリングレートを提供し得る。サンプリングレートは、図８を参照して記載されたように、プラント８０４の推定された応答時間に基づいて処理コントローラ８０１により自動的に決定され得る。無線センサ８０２は、被測定変数のサンプルを収集して、処理コントローラ８０１に送信するために処理コントローラ８０１からのサンプリングレートを使用し得る。例えば、無線センサ８０２は、処理コントローラ８０１により提供されるサンプリングレートで被測定変数のサンプルを収集及び／又は送信し得る。無線センサ８０２は、処理コントローラ８０１に被測定変数のサンプルをフィードバック信号（例えば、フィードバック信号ｙ）として提供し得る。
【０１２０】
無線センサ８０２は、センサ９０８、低電力マイクロコントローラ９０２、及び無線チップ９１０を含むように示されている。センサ９０８は、関心の変数を測定して、被測定データ値を低電力マイクロコントローラ９０２に提供し得る。センサ９０８は、温度センサ、湿度センサ、エンタルピーセンサ、圧力センサ、照明センサ、流量センサ、電圧センサ、弁位置センサ、負荷センサ、リソース消費センサ、及び／又は制御システム８００における関心の変数を測定可能な任意の他のタイプのセンサであってもよい。一部の実施形態では、センサ９０８は、無線センサ８０２内のバッテリにより給電される。センサ９０８は、一定のサンプリング間隔でデータサンプルを収集してもよい。一部の実施形態では、サンプリング間隔は、処理コントローラ８０１から受信したサンプリングレートにより定義される。例えば、処理コントローラ８０１から受信したサンプリングレートが毎分１サンプルである場合、センサ９０８は、建物の特定のゾーンの温度測定値を毎分収集してもよい。
【０１２１】
低電力マイクロコントローラ９０２は、被測定変数の値を含むメッセージを生成してもよく、処理コントローラ８０１にメッセージを提供することができる。低電力マイクロコントローラ９０２は、データを処理することが可能な任意のコントローラコンポーネントであってもよい。例えば、マイクロコントローラ９０２は、データを受信、処理、及び出力することが可能なプロセッサを含む処理回路を含んでもよい。一部の実施形態では、マイクロコントローラ９０２は、データを記憶することが可能なメモリを含んでもよい。他の実施形態では、マイクロコントローラ９０２は、メモリを含まなくてもよい。低電力マイクロコントローラ９０２は、無線伝送タイマ９０４及びメッセージ生成器９０６を含むように示されている。
【０１２２】
伝送タイマ９０４は、センサ８０２から処理コントローラ８０１への無線伝送のタイミングを監視及び制御するように構成されてもよい。伝送タイマ９０４は、処理コントローラ８０１から受信したサンプリングレートに基づいて無線センサ８０２に対する伝送間隔及び／又は伝送レートを識別又は決定するように構成されてもよい。例えば、伝送タイマ９０４は、処理コントローラ８０１により提供されるサンプリングレートで処理コントローラへのデータサンプルを低電力マイクロコントローラ９０２に送信させてもよい。一部の実施形態では、伝送タイマ９０４は、無線センサ８０２の電力消費を最適化する（例えば、最小化する）伝送間隔を決定する。最適な伝送間隔は、サンプリングレート制約を受けてもよい。サンプリングレート制約は、処理コントローラ８０１により提供され得る最小許容サンプリングレートを定義してもよい。伝送タイマ９０４は、サンプリングレート制約を受ける、データサンプルを収集し及び／又は処理コントローラ８０１に送信する最適レートを決定するために処理コントローラ８０１からのサンプリングレートを使用し得る。
【０１２３】
メッセージ生成器９０６は、被測定変数のサンプルを含むメッセージを生成するように構成されてもよい。一部の実施形態では、各メッセージは、被測定変数の１つのサンプルを含む。他の実施形態では、各メッセージは、被測定変数の複数のサンプルを含む。例えば、メッセージ生成器９０６は、処理コントローラ８０１に送信されるメッセージの数を更に減らすために、被測定変数の複数のサンプルを単一のメッセージにパッケージングし得る。メッセージ生成器９０６は、伝送タイマ９０４により決定される伝送間隔でデータサンプルを含むメッセージを処理コントローラ８０１に提供してもよい。低電力マイクロコントローラ９０２は、メッセージを処理コントローラ８０１に無線で送信する無線チップ９１０にメッセージを提供する。
【０１２４】
処理コントローラ８０１は、無線チップ９１２、メッセージパーサ９１４、及び適応コントローラ８５０を含むように示されている。無線チップ９１２は、無線センサ８０２の無線チップ９１０からメッセージを受信して、メッセージをメッセージパーサ９１４に提供する。メッセージパーサ９１４は、メッセージからデータ値を抽出して、データ値を適応コントローラ８５０に提供する。適応コントローラ８５０は、制御出力（例えば、被測定変数に影響を与えるように動作するプラント８０４の設備に対する制御信号）を生成するために制御アルゴリズムへの入力としてデータ値を使用する。一部の実施形態では、処理コントローラ８０１は、図８を参照して記載された一部又は全ての特徴を含む。
【０１２５】
一部の実施形態では、無線チップ９１０及び９１２は、無線通信プロトコル（例えば、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）、ＷｉＦｉ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ等）を使用して互いに通信する。一部の実施形態では、有線接続等、他の通信インターフェース及びコンポーネントが含まれてもよい。無線チップ９１０及び９１２は、アンテナを介してデータを送信及び受信することが可能なトランシーバを含んでもよい。同じ無線通信プロトコルを使用する一方で、無線チップ９１０及び９１２は、異なるチップであってもよく、異なるハードウェアを使用してもよい。無線チップ９１０及び９１２は、ＲＦ等の任意の周波数範囲を使用して動作してもよい。チップ９１０及び９１２は、ＲＦ範囲外の周波数を使用してもよく、無線チップではなくてもよい。一部の実施形態では、チップ９１０及び９１２は、ＩＲ等の他の周波数範囲を使用して動作してもよい。チップ９１０及び９１２は、任意の通信インターフェース６１０を利用してもよく、具体的に列挙したものに限定されない。
【０１２６】
一部の実施形態では、無線センサ８０２及び処理コントローラ８０２は、“Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｅｘｔｅｎｄｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｌｉｆｅ  ｏｆ  ａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｓｅｎｓｏｒ  ｉｎ  ａ  Ｂｕｉｌｄｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｓｙｓｔｅｍ”と題され、２０１６年１月６日に提出された米国特許出願第１４／９８９，７４０号に記載された一部又は全てのコンポーネントを含み、その開示の全体は参照により本明細書に援用される。
【０１２７】
［サンプリングレート調節及び故障検出処理］
図１０を次に参照すると、例示的な実施形態による、制御システムにおいて無線センサにより使用されるサンプリングレートを自動的に調節するための処理１０００のフローチャートが示されている。処理１０００は、図８を参照して記載されたように、制御システム８００の１つ以上のコンポーネントにより行われ得る。
【０１２８】
処理１０００は、変動により影響を受ける信号を評価することによってプラント（例えば、プラント８０４）の応答時間を推定することを含むように示されている（ステップ１００２）。一部の実施形態では、ステップ１００２は、応答時間推定器８４６により行われる。プラント８０４の応答時間は、変動に対するプラント８０４の応答を特徴付けるパラメータである。例えば、プラント８０４の応答時間は、（先に記載されたように）時定数τｐ、プラント８０４の支配的時定数、プラント８０４の帯域幅、開ループ応答時間、又は変動に対するプラント８０４の時間応答を特徴付ける任意の他のパラメータであってもよい。一部の実施形態では、ステップ１００２は、制御システム８００において検出された変動に応答して（例えば、変動検出器８４４からの変動通知を受信することに応答して）行われる。
【０１２９】
一部の実施形態では、ステップ１００２は、（例えば、適応コントローラ８５０から信号を受信することによって、変動により影響を受ける信号を解析することによって）制御システムが設定値変化又は負荷変動を受けるかどうかを決定することを含む。システムが設定値変化を受ける場合、ステップ１００２は、変動により影響を受ける信号を結合することによって応答時間を推定することを含んでもよい。例えば、ステップ１００２は、変動により影響を受ける信号により定義される曲線の下の面積を決定することを含み得る。ステップ１００２は、推定された応答時間を決定するために、設定値変化の振幅により曲線の下の面積を割ることを含み得る。
【０１３０】
システムが負荷変動を受ける場合、ステップ１００２は、負荷変動に応答して変動により影響を受ける信号が極値（例えば、極小値又は極大値）に達する時間を決定することによって応答時間を推定することを含み得る。ステップ１００２は、推定された応答時間を決定するために信号が極値に達する時間値から負荷変動が開始する時間値を減算することを含み得る。ステップ１００２は、負荷変動が開始する時間を決定するために閾値交差（例えば、正から負又は負から正への符号変化）に関して変動により影響を受ける信号を監視することを含み得る。
【０１３１】
処理１０００は、推定された応答時間に基づいてサンプリングレートを調節することを含むように示されている（ステップ１００４）。一部の実施形態では、ステップ１００４は、サンプリングレート調節器８５６により行われる。一部の実施形態では、ステップ１００４は、推定された応答時間の１０分の１に略等しい値にサンプリングレートｈを設定することを含む。一部の実施形態では、ステップ１００４は、計算されたサンプリングレートｈを現在又は過去のサンプリングレートｈ０と比較することを含む。計算されたサンプリングレートｈがｈ０から有意に異なる場合（例えば、ｈがｈ０の半分より小さいか又はｈ０の２倍よりも大きい）、ステップ１００４は、サンプリングレートを最近計算された値ｈに更新することを含んでもよい。一部の実施形態では、更新されたサンプリングレートｈは、最小許容サンプリングレートである。最小許容サンプリングレートは、推定された応答時間の関数（例えば、推定された応答時間の１０分の１）であってもよく、適切な制御を確保するためにデータサンプルがプラント８０４から収集され得る最小レートを示してもよい。
【０１３２】
一部の実施形態では、ステップ１００４は、更新されたサンプリングレートｈをデータ収集器（例えば、データ収集器８４２）に提供することを含む。データ収集器は、データ収集器が変動により影響を受ける信号のサンプルを収集するレートを調節するために更新されたサンプリングレートｈを使用し得る。一部の実施形態では、ステップ１００４は、更新されたサンプリングレートｈを無線センサー（例えば、無線センサ８０２）に提供することを含む。無線センサは、無線センサがデータサンプルを収集し及び／又は処理コントローラ８０１に送信するレートを調節するために更新されたサンプリングレートｈを使用し得る。
【０１３３】
処理１０００は、調節されたサンプリングレートでプラントから被測定変数のサンプルを収集することを含むように示されている（ステップ１００６）。一部の実施形態では、ステップ１００６は、無線センサ８０２により行われる。例えば、無線センサ８０２は、処理コントローラ８０１から調節されたサンプリングレートを受信して、被測定変数のサンプルを収集する（例えば、調節されたサンプリングレートで被測定変数のサンプルを収集する）ために調節されたサンプリングレートを使用し得る。一部の実施形態では、無線センサ８０２は、無線センサ８０２の電力消費を最適化するために調節されたサンプリングレートを使用する。例えば、無線センサ８０２は、データサンプルを測定し及び／又は処理コントローラ８０１に送信することによって消費される電力を最小化するために最適化処理を行ってもよい。ステップ１００６は、被測定変数が少なくとも調節されたサンプリングレートの頻度でサンプリングされ及び／又は送信されることを確実にするために最適化処理に対する制約として調節されたサンプリングレートを使用することを含み得る。
【０１３４】
処理１０００は、入力を生成してプラントに提供するために被測定変数のサンプルを使用することを含むように示されている（ステップ１００８）。一部の実施形態では、ステップ１００８は、適応コントローラ８５０により行われる。ステップ１００８は、プラント８０４に対する入力信号ｕを生成するために被測定変数のサンプルを使用することを含んでもよい。一部の実施形態では、被測定変数のサンプルは、入力信号ｕを生成するために１つ以上の動作パラメータ（例えば、コントローラ利得Ｋｃ、積分時間Ｔｉ等）と組み合わせて使用される。例えば、適応コントローラ８５０は、入力信号ｕを生成するために伝達関数
【０１３５】
【数３５】
0006559182.tif 000036
への入力として被測定変数のサンプルを適用し得る。
【０１３６】
一部の実施形態では、ステップ１００８は、適応コントローラ８５０により使用される１つ以上の動作パラメータの値を計算するためにプラント８０４の推定された応答時間を使用することを含む。例えば、ステップ１００８は、推定された応答時間の関数としてコントローラ利得Ｋｃ及び積分時間Ｔｉ等のコントローラパラメータに関する値を計算することを含み得る。一部の実施形態では、ステップ１００８は、図５Ａ‐５Ｄを参照して記載されたように、推定された応答時間に基づいて各動作パラメータの初期値を調節することを含む。推定された応答時間に基づいてコントローラ動作パラメータがどのように調節又は計算され得るかの複数の例が、米国特許第５，３５５，３０５号、第５，５０６，７６８号及び第６，９３７，９０９号に詳細に記載されている。
【０１３７】
処理１０００は、変動により影響を受ける信号のサンプルを生成するために調節されたサンプリングレートを使用することを含むように示されている（ステップ１０１０）。一部の実施形態では、ステップ１０１０は、データ収集器８４２により行われる。例えば、データ収集器８４２は、変動により影響を受ける信号を監視して、調節されたサンプリングレートで変動により影響を受ける信号のサンプルを収集し得る。一部の実施形態では、変動により影響を受ける信号は、プラント８０４からのフィードバック信号又はフィードバック信号に基づく誤差信号（例えば、フィードバック信号と設定値との差分）である。一部の実施形態では、変動により影響を受ける信号は、被測定変数及び／又は被測定変数の関数である。一部の実施形態では、変動により影響を受ける信号は、プラント８０４に提供される入力信号及び／又はプラントに提供される入力信号の関数である。
【０１３８】
一部の実施形態では、処理１０００は、ステップ１０１０を行った後でステップ１００２に戻る。例えば、ステップ１０１０で生成された変動により影響を受ける信号のサンプルは、プラント８０４の応答時間を評価するためにステップ１００２で評価され得る。処理１０００は、推定された応答時間の更新、動作パラメータの調節、及び調節された動作パラメータに基づいて更新された制御信号のプラント８０４への提供を行うために反復的に繰り返され得る。
【０１３９】
図１１を次に参照すると、例示的な実施形態による、制御システムにおける故障を検出するための処理１１００のフローチャート１１００が示されている。処理１１００は、図８を参照して記載されたように、制御システム８００の１つ以上のコンポーネントにより行われ得る。
【０１４０】
処理１１００は、制御システムにおける変動を検出することを含むように示されている（ステップ１１０２）。一部の実施形態では、ステップ１１０２は、変動検出器８４４により行われる。ステップ１１０２は、変動により影響を受ける信号を監視することによって設定値変化又は負荷変動を検出することを含んでもよい。一部の実施形態では、ステップ１１０２は、適応コントローラ８５０から受信した状態指示又は信号を使用して変動を検出することを含む。例えば、コントローラ８５０は、制御システム８００が設定値変化又は負荷変動を受けるかどうかを示す信号を出力してもよい。一部の実施形態では、変動は、ユーザ入力（例えば、ユーザ固有設定値変化）を含み、ステップ１１０２はユーザ入力を監視することによって変動を検出することを含む。
【０１４１】
一部の実施形態では、ステップ１１０２は、フィードバック制御システムにおける誤差信号ｅを解析することによって変動を検出することを含む。例えば、設定値変化は誤差信号ｅの即時変化をもたらし得るが、負荷変動は誤差信号ｅの振幅の連続的増加をもたらしてもよい。非フィードバック制御システムにおいて、ステップ１１０２は、プラント８０４に提供される制御信号、（例えば、フィードフォワード推定器から受信する）フィードフォワード信号、（例えば、被制御変数以外の変数を監視するセンサからの）センサ信号、又は制御システム８００の１つ以上のコンポーネント間で伝達される任意の他のタイプの（例えば、計算された又は測定された）信号を監視することによって変動を検出することを含み得る。
【０１４２】
処理１１００は、変動により影響を受ける信号を評価することによってプラントの応答時間を推定することを含むように示されている（ステップ１１０４）。一部の実施形態では、ステップ１１０４は、応答時間推定器８４６により行われる。プラント８０４の応答時間は、変動に対するプラント８０４の応答を特徴付けるパラメータである。例えば、プラント８０４の応答時間は、（先に記載されたように）時定数τｐ、プラント８０４の支配的時定数、プラント８０４の帯域幅、開ループ応答時間、又は変動に対するプラント８０４の時間応答を特徴付ける任意の他のパラメータであってもよい。一部の実施形態では、ステップ１１０４は、制御システム８００において検出された変動に応答して（例えば、ステップ１１０２に応答して）行われる。
【０１４３】
一部の実施形態では、ステップ１１０４は、（例えば、適応コントローラ８５０から信号を受信することによって、変動により影響を受ける信号を解析することによって）制御システムが設定値変化又は負荷変動を受けるかどうかを決定することを含む。システムが設定値変化を受ける場合、ステップ１１０４は、変動により影響を受ける信号を結合することによって応答時間を推定することを含んでもよい。例えば、ステップ１１０４は、変動により影響を受ける信号により定義される曲線の下の面積を決定することを含み得る。ステップ１１０４は、推定された応答時間を決定するために、設定値変化の振幅により曲線の下の面積を割ることを含み得る。
【０１４４】
システムが負荷変動を受ける場合、ステップ１１０４は、負荷変動に応答して変動により影響を受ける信号が極値（例えば、極小値又は極大値）に達する時間を決定することによって応答時間を推定することを含み得る。ステップ１１０４は、推定された応答時間を決定するために信号が極値に達する時間値から負荷変動が開始する時間値を減算することを含み得る。ステップ１１０４は、負荷変動が開始する時間を決定するために閾値交差（例えば、正から負又は負から正への符号変化）に関して変動により影響を受ける信号を監視することを含み得る。
【０１４５】
処理１１００は、推定された応答時間に基づいて制御システムにおける故障を検出することを含むように示されている（ステップ１１０６）。一部の実施形態では、ステップ１１０６は、故障検出器８５２により行われる。プラント８０４の応答時間は、故障が無い場合、相対的に一定のままであることが期待され得る。応答時間の有意な変化は、故障が発生したことを示し得る。例えば、故障した建物設備は、プラント８０４を変動に対してよりゆっくりと反応させてもよく、これはより長い応答時間をもたらし得る。
【０１４６】
ステップ１１０６は、制御システム８００における故障を検出するために（応答時間データベース８５４から）プラント８０４に関する応答時間の履歴を使用することを含んでもよい。例えば、ステップ１１０６は、ステップ１１０４で生成された現在の応答時間を、応答時間データベース８５４からの過去の応答時間と比較することを含んでもよい。現在の応答時間が過去の応答時間とは有意に異なる場合、ステップ１１０６は、故障が発生したことを決定することを含んでもよい。一部の実施形態では、ステップ１１０６は、現在の応答時間と過去の応答時間との差分を計算して、差分を閾値と比較することを含む。差分が閾値を超える場合、ステップ１１０６は、故障が発生したことを決定することを含んでもよい。一部の実施形態では、ステップ１１０６は、過去の応答時間に対する現在の応答時間の比率を計算することを含む。比率が最小閾値より小さいか又は最大閾値より大きい場合、ステップ１１０６は、故障が発生したことを決定することを含んでもよい。
【０１４７】
［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たシステム及び方法の構造及び配置は単なる例示である。本開示には少数の実施形態のみが詳細に記載されているが、多くの修正（例えば、サイズ、寸法、構造、形状及び様々な要素の比率、パラメータの値、取り付け配置、材料の使用、色、方向の変更）が可能である。例えば、要素の配置は反転され又は他のやり方で変更されてもよく、個々の要素の性質又は数又は位置が変更又は変形されてもよい。従って、このような全ての修正が、本開示の範囲内に含まれることが意図される。任意の処理又は方法のステップの順番又は順序が、代替的な実施形態に従って変更され又は再順序付けされてもよい。他の置換、修正、変更及び省略が、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、動作条件及び配置で行われてもよい。
【０１４８】
本開示は、様々な動作を遂行するための任意の機械可読媒体上のプログラム製品、システム及び方法を考慮している。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、又はこの若しくは別の目的で組み込まれる、適切なシステムのための専用コンピュータプロセッサによって、又は配線システムによって実装されてもよい。本開示の範囲内の実施形態は、機械実行可能命令又はそれに記憶されるデータ構造を伝送する又は有する機械可読媒体を含むプログラム製品を含む。このような機械可読媒体は、汎用又は専用コンピュータ又はプロセッサを有する他の機械によりアクセスされ得る任意の利用可能な媒体であってもよい。例えば、このような機械可読媒体は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ又は他の光学ディスク記憶装置、磁気ディスク記憶装置又は他の磁気記憶装置、又は機械実行可能命令又はデータ構造の形態で所望のプログラムコードを伝送又は記憶するために使用され得る且つ汎用又は専用コンピュータ又はプロセッサを有する他の機械によりアクセスされ得る任意の他の媒体を含んでもよい。上記の組み合わせも、機械可読媒体の範囲内に含まれる。例えば、機械実行可能命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は専用処理機械に所定の機能若しくは機能グループを実行させる命令及びデータを含む。
【０１４９】
図面は方法ステップの特定の順番を示しているが、ステップの順番は描かれたものと異なっていてもよい。また、２つ以上のステップが同時に又は部分的に同時に行われてもよい。このような変形は、選択されたソフトウェア及びハードウェアシステムに及び設計者の選択に依存するであろう。このような全ての変形は、本開示の範囲内である。同様に、ソフトウェアの実装は、様々な接続ステップ、処理ステップ、比較ステップ及び決定ステップを遂行するためのルールベース論理及び他の論理を有する標準プログラミング技術によって達成され得る。
【図１】
0006559182.tif 000037
【図２】
0006559182.tif 000038
【図３】
0006559182.tif 000039
【図４】
0006559182.tif 000040
【図５Ａ】
0006559182.tif 000041
【図５Ｂ】
0006559182.tif 000042
【図５Ｃ】
0006559182.tif 000043
【図５Ｄ】
0006559182.tif 000044
【図６】
0006559182.tif 000045
【図７】
0006559182.tif 000046
【図８】
0006559182.tif 000047
【図９】
0006559182.tif 000048
【図１０】
0006559182.tif 000049
【図１１】
0006559182.tif 000050