【手続補正書】
【提出日】平成24年12月25日(2012.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも複数の相互接続されたコンプレッサ(2)を備えた圧縮エアステーション(1)を制御及び/又は調整するための方法であって、該圧縮エアステーション(1)が、電子システム制御器(3)によってスイッチング戦略(10)を実行して該圧縮エアステーション(1)の一人以上のユーザーが常に利用できる該圧縮エアステーション(1)における加圧流体の量に影響を及ぼすと共に、該圧縮エアステーション(1)から撤退した加圧流体の量に基づいて該圧縮エアステーション(1)の未来の動作条件に、該圧縮エアステーション(1)の一人以上のユーザーに対して常に利用できる加圧流体の量を、適応的に調整することができる圧縮エアステーション(1)の制御及び/又は調整方法であって、
スイッチング戦略(10)を開始する前に、該圧縮エアステーション(1)のモデル(21)に基づいて事前シミュレーション方法において異なるスイッチング戦略(10)が分析され、比較的最も有利なスイッチング戦略(10)が少なくとも一つの一定の性能基準に基づいて該分析されたスイッチング戦略(10)の中から選択され、そして選択されたスイッチング戦略(10)が該圧縮エアステーションを実施するための該システム制御器(3)に中継されることを特徴とした方法。
【請求項２】
請求項1において、
所定の圧力上限値及び/又は圧力下限値が、該方法に、維持すべき基本的な条件として考慮されることを特徴とした方法。
【請求項３】
請求項1又は2において、
該圧縮エアステーション(1)のモデル(21)は、一組の時間依存及び/又は非線形並びに場合によっては構成上可変の微分方程式に基づいており該コンプレッサに応答して不連続及び/又は応答時間を再生することにより、該圧縮エアステーション(1)の現在の状態変数に関する過去の事象の効果が決定できるようにしたことを特徴とした方法。
【請求項４】
請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
該異なるスイッチング戦略(10)の発展が、該事前シミュレーション方法の間、所定の時間間隔(23)に渡って離散的又は連続的ステップにおいて予測又は計算されることを特徴とした方法。
【請求項５】
請求項1乃至4のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーションの時間間隔が、該圧縮エアステーション(1)のモデルのパ
ラメータ及び/又は状態変数及び/又は該圧縮エア消費量の記録又は予知に基づいた中止基準によって適応的に調節されることを特徴とした方法。
【請求項６】
請求項1乃至5のいずれか一つにおいて、
異なる上側圧力値(41)又は下側圧力(42)が、該事前シミュレーション方法の境界内において所定のスイッチング戦略(10)をトリガーするための基準として別のスイッチング戦略(10)のグループとして考慮されることを特徴とした方法。
【請求項７】
請求項1乃至6のいずれか一つにおいて、
異なる上側圧力値(41)又は下側圧力(42)が、少なくとも一つの所定のスイッチング戦略(12)又は該事前シミュレーション方法の境界内における少なくとも一つの所定のスイッチング戦略(10)のための相互接続されたコンプレッサの少なくとも一つに対する別のスイッチング戦略(10)のグループとして考慮されることを特徴とした方法。
【請求項８】
請求項1乃至7のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション方法において予め規定されたか又は依然決定されるべき上側圧力値(41)又は下側圧力値(42)において異なるコンプレッサグループ(5a、5b)のスイッチングオン又はスイッチングオフが別のスイッチング戦略(10)のグループとしても考慮されることを特徴とした方法。
【請求項９】
請求項1乃至8のいずれか一つにおいて、
該性能基準が最も低い可能なエネルギー消費量によって規定されるか又は少なくともそれから大きく決定されることを特徴とした方法。
【請求項１０】
請求項1乃至9のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーション方法が、好ましくは全制御サイクルにおいて、異なる、必ずしも等間隔でない、そこから導かれた時点及び/又はパラメータ、異なるスイッチング戦略(10)において該圧縮エアステーション(1)のモデルの状態変数に対する予測された将来の時間的な変化の少なくとも一つのデータセットを供給することを特徴とした方法。
【請求項１１】
請求項1乃至10のいずれか一つにおいて、
該方法が、該圧縮エアステーション(1)のモデルの必要に応じた自動的な適応を、更新された及び/又は最初だけ近似的に知られた及び/又は不正確に設定されたシステムパラメータに行うことを含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項1乃至11のいずれか一つにおいて、
該圧縮エアステーション(1)の現在の可変システムパラメータ、及び/又は個々のコンプレッサ(2)の動作状態に関する情報及び/又は該圧縮エアステーション(1)における加圧流体の量における変化に関する情報、例えば単位時間当たりの加圧流体体積の減少、を該事前シミュレーション方法に組み込まれることができることを特徴とするか、又は個々のコンプレッサ(2)に対する加圧流体の供給体積及び/又は異なった負荷状態における個々のコンプレッサ(2)の消費量に関する情報、及び/又は該コンプレッサ(2)の反応時間及び/又は該圧縮エアステーション(1)に対する特徴的な最小圧力限界値又は最大圧力限界値に関する情報が、該圧縮エアステーション(1)の固定システムパラメータとして該事前シミュレーション方法に組み込まれることを特徴とした方法。
【請求項１３】
請求項1乃至12のいずれか一つにおいて、
該事前シミュレーションは、該圧縮エアステーション(1)から加圧流体を撤退する観点でユーザーの消費量に対しての人為的にインテリジェント及び/又は適応的な数値ルーティンを時間に渡って用いることを特徴とした方法。
【請求項１４】
請求項1乃至13のいずれか一つに従った方法であって、圧縮エアステーション(1)の電子的制御において実行される該方法が、入力情報としての圧縮エアステーション(1)の重要な状態変数についての情報を処理し制御コマンドを出力して、少なくともいくつかのコンプレッサ(2)を制御するものであって下記の機能構造を示すことを特徴とした方法：
−該圧縮エアステーション(1)の少なくともいくつかの構成素子の動的モデルを含みこれらの構成素子の応答を特定するシミュレーションカーネルであって、受け入れられた別のスイッチング戦略(10)に基づくシミュレーション結果として時間に渡るモデルに含まれる該圧縮エアステーション(1)の構成素子の全ての状態変数の変化を事前計算するように構成され、該シミュレーションカーネルのモデルが構成素子応答の重要な非線形性及び/又は不連続性及び/又は応答時間を考慮するもの；
−該圧縮エアステーション(1)の構成素子を特徴付けるためのパラメータ、個々の構成素子の回路に関するトポロジー情報、別のスイッチング戦略(10)を構成するための経験則及び該別のスイッチング戦略(10)のために該シミュレーションカーネルによって決定される該圧縮エアステーション(1)の構成素子の状態変数における時間的な変化に対する評価基準を含み、比較的に最も有利なスイッチング戦略(10)をこれに基づいて選択し少なくともいくつかのコンプレッサ(2)に対する関連した制御コマンドを予め保持し又は中継するアルゴリズムカーネル；及び
−適応可能な該アルゴリズムカーネル及びセンサ値から与えられた処理イメージに加えて、スイッチング戦略(10)に対するシミュレーション結果をも含む情報ベースであって、該アルゴリズムカーネル及び該シミュレーションカーネルの共通のデータベースの少なくとも一部を表し、該アルゴリズムカーネルと該シミュレーションカーネルとの間でデータのやり取りを行うもの。
【請求項１５】
複数の相互接続されたコンプレッサ(2)を備えた圧縮エアステーション(1)であって、該圧縮エアステーション(1)の制御素子(7)及び/又は異なるコンプレッサ(2)のスイッチング戦略(10)を実行でき該圧縮エアステーション(1)の一人以上のユーザーが常に利用できる該圧縮エアステーション(1)における加圧流体の量に影響を及ぼすと共に、該圧縮エアステーション(1)の一人以上のユーザーが常に利用できる加圧流体の量を、該圧縮エアステーション(1)から撤退した加圧流体の量に基づいて該圧縮エアステーション(1)の未来の動作条件に適応的に調節する圧縮エアステーション(1)のシステム制御器(3)であって、
スイッチング戦略(10)を開始する前に、該圧縮エアステーション(1)のモデル(21)に基づいて事前シミュレーション方法において異なるスイッチング戦略(10)が分析され、該比較的最も有利なスイッチング戦略(10)が少なくとも一つの一定の性能基準に基づいて該分析されたスイッチング戦略(10)の中から選択され、そして該システム制御器(3)が、選択されたスイッチング戦略(10)に基づいてスイッチングコマンドを発生することを特徴としたシステム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
図1は、圧縮エアステーション1の第1の実施態様であって本発明制御器3の第1の実施態様と相互に作用してこれを制御又は調整するものを概略的に示したものである。圧縮エアステーション1はさらに3つのコンプレッサ2を備え、これらは2つの圧縮エアドライヤ14と圧縮路9並びにバルブで構成されるアクチュエータ5によって接続されている。一人以上のユーザー(図示せず)が利用できる加圧流体が加圧流体タンク8に貯蔵されている。制御器3が必要な制御パラメータ変化を行うことができるようにするため、各アクチュエータ5はここでは図示されない制御器3への接続によって駆動することができる。制御器3の基本的な原理は、図2のやや複雑な実施態様に実質的に対応している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
図2は、制御器3と相互作用しそれを制御又は調整する図1による実施態様に匹敵するより複雑な形の圧縮エアステーション1を概略的に示したものである。制御器3では、圧縮エアステーション1が、適応可能な制御又は調整時に3つの加圧流体タンク8に対して加圧流体(本図には示されていない)を供給するために設けられている3つのコンプレッサ2を備えている。これにより加圧流体は圧力路9を介して各コンプレッサ2から3つのアクチュエータ5(ここではバルブ5として構成されている)に分配され、アクチュエータ5はさらに各加圧流体タンク8と流体接続されており各加圧流体タンク8に必要に応じて加圧流体を供給することができる。加圧流体は必要に応じてユーザー又は複数のユーザーによって圧縮エアステーション1から撤退させることができる。この撤退は、加圧流体を全て圧力流体
タンク8から撤退させることができるように受側ステーション(出口点)(ここでは示されていない)において生ずる。制御器3がアクチュエータ5に対して行うスイッチング動作によれば、特定の加圧流体を加圧流体タンク8からユーザーへの受側ステーションに対して送ることができ、その上、圧力等化も個々の加圧流体タンク8の中で可能である。制御器3が必要な制御パラメータ変更、スイッチング戦略をそれぞれ行うことができるようにするため、各アクチュエータ5はここではさらに示されない制御器3に接続することによって駆動することができる。より分かり易くするため、アクチュエータ5には、この場合、制御器への接続部がはっきりとは設けられていない。しかしながら当業者にはこのような接続部を設けることができることは明らかである。スイッチング動作のためアクチュエータ5に制御器3から送られる制御信号は最も多様な種類のものでよくまた離散的並びに連続的なもののいずれでもよい。アクチュエータ5、任意にバルブに対する通常一般的な制御信号には、スイッチオフ、スイッチオン、又は徐々にスイッチオン/オフする信号を含み得る。従って、制御可能なアクチュエータ5は、個々の流体タンク8の受側ステーション間を接続できるようにする。考えられる初期化用アクチュエータ(例えば減圧バルブ)をさらに加圧流体タンク8と受側ステーションとの間に配置することができる。同様に考えられることは、一つの圧縮エアステーション1に対して複数の受側ステーションを接続することである。圧縮エアステーション1はさらにセンサを備えることができ、これらはシステム状態変数(本図では示されていない)における時間変化を検出しさらに圧縮エアステーション1の制御又は調整のために制御器3にそれらを与えるものである。従って、加圧流体タンク8には例えばセンサ(以下示さない)を備えることができ、これにより、個々の加圧流体タンク8における圧力の測定を可能にする。圧縮エアステーション1には、さらにセンサ(以下示さず)を備えることができ、これらにより流体パラメータを決定することで圧縮エアステーション1を特徴付けることが可能となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
図3は、実際の圧縮エアステーションを制御するために例えば制御器3において用いられる図2に示した圧縮エアステーションのモデルを示している。制御器3は、本発明の実施態様による事前シミュレーション方法(図示せず)を利用することができ、あるいはまた圧縮エアステーション1のパラメータ化を象徴的に示したものである。圧縮エアステーション21のモデルを本発明の実施態様による制御又は調整方法において使用する場合には、圧縮エアステーションの動作に本質的な各構成素子を数値的なパラメータ化によって特徴付ける。このパラメータ化の形式は、制御器3、又は事前シミュレーション方法(図示せず)による適切に使用できるものでなければならない。このパラメータ化は、数値的なものだけでなく、例えばコンプレッサの機能原理、構造、系統又は種類の指定を特定及び選択するシンボル的なものによって行われる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７８】
図5は事前シミュレーション選択方法のフローチャートを示す。ここで事前シミュレーション方法(事前シミュレーション)は時刻t=0s(現在)で始められ、ここでの状態変数は圧縮エアステーション1の現在の状態を表している。事前シミュレーション方法は初期化時t≒0s(すなわちシミュレーション期間内での現在と見なされ得る時点の直)後に始まり、本方法が終わった後、或いは異なる出力パラメータでの複数の事前シミュレーション方法の後、この場合には3つの選択すべきスイッチング戦略(Alt.1、Alt.2、Alt.3)に戻り、このことから適応可能な別のスイッチング戦略が性能基準に基づいて選択されて制御器3を促進して、スイッチングコマンドをトリガーしスイッチング戦略10を生成することとなる。本実施態様によれば、選択すべきスイッチング戦略が、例えば図4のT1、T2及びT3の圧力プロフィールのように、圧縮エアステーション1の圧力の未来及び予想したプロフィールとなる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７９】
図6は、事前シミュレーションのシミュレーション結果を含むデータセットを示すためのフローチャートである。図5に関して既に説明したように、好ましいスイッチング戦略10は性能基準によってデータセットから本発明の制御方法の実施態様により決定することができる。システム関連パラメータの入力は事前シミュレーション又はこれに続く事前シミュレーションの開始のために必要である。システム関連パラメータは、一方では一定のシステムパラメータであり、これは例えば、個々のプロセッサに供給される加圧流体量又は異なる負荷条件の下での個々のコンプレッサの容量に関する情報、コンプレッサ又はアクチュエータの反応時間に関する情報並びに圧縮エアステーションの特徴的な最小圧力及び最大圧力を含んでいる。システム関連パラメータはさらに時間的に変化する変数であるシステム状態変数から成り得る。圧縮エアステーション1のシステム関連パラメータは、少なくとも一つの加圧流体タンク8の動作状態に関する情報又はその圧力、その温度を含み得るものであり、或いは個々のコンプレッサ2の動作状態並びにそれらの現在の制御又は機能的な状態に関する情報、若しくは例えば単位時間当たりの加圧流体の変化、その流量又は他の物理的パラメータなどの圧縮エアステーション1における加圧流体の量変化に関連した情報をも含み得る。事前シミュレーションの品質は、事前シミュレーションの土台となる固定システムパラメータ及びシステム状態変数の品質又は数に基づいている。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８４】
図10は、事前シミュレーションを行う図9に示した圧力プロフィールと比較して、事前シミュレーションによりシミュレートされた時間間隔23に当たる異なった制御パラメータ変化から生ずる3つの可能な仮想圧力プロフィールを示している。仮想スイッチング戦略13に依存して、スイッチオフ戦略12、又は安定した或いは上昇/下降圧力プロフィールが、シミュレートされた時間間隔23の終わりまでに生ずる。なお、異なるシミュレーションにおいて行われた仮想スイッチング戦略10は異なった時点でも生ずる。異なった制御パラメータ変化は、さらに加圧流体を圧縮エアステーション1から撤退させる一人以上のユーザーによってさらに影響を受け得る。これにより、シミュレートされた時間間隔23の終わりで上昇圧力プロフィールT1であるS1として示されたスイッチング動作が行われることになる。S2として識別されたスイッチング動作の効果は、シミュレートされた時間間隔23の終わりまでに圧縮エアステーション1における非常に安定した圧力プロフィールとなる。S3として識別されたスイッチング動作の効果は、シミュレートされた時間間隔23の終わりで下降圧力プロフィールT3となる。シミュレートされた時間間隔23の終わりで比較的最も低いふらつきを示す圧力プロフィールが、性能基準(図示せず)によって3つの可能な
シミュレートされた圧力プロフィールの中から選択されるなら、実行された事前シミュレーションは対応する未来の時点でS2として識別されたスイッチング動作の継続によりスイッチング動作10を行うことを示唆している。当業者には理解できるように、事前シミュレーションにおける多くの別のパラメータを変化させることにより、多くの可能な仮想圧力プロフィールを発生させることができ、これから性能基準に基づいて最善なものが選択できる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８５】
事前シミュレーション方法を実行することにより、シミュレーションにおいて圧縮エアステーション1で用いられた素子の効果的な反応時間を計算することができ、暗にスイッチング戦略10が働こうとする時点を計算する時、それらを組み込むことができる。しかしながら、それに対する前提条件は、反応時間応答を含むように使用された圧縮エアステーション21のモデルのためである。従って、制御器3が個々のアクチュエータ5の反応時間をはっきりと考慮にいれる必要はもはやない。アクチュエータ5はコンプレッサ2及び圧縮エアステーションの任意の装置に組み込むことができ、これらは制御パラメータ変化のために、例えば適応可能な制御信号によって制御可能である。アクチュエータ5は従って図2に示した外部バルブ5に制限されるだけではない。反応時間は生成した事前シミュレーションによって自動的に回避される。これにより、一方では、過去に実行された制御パラメータ変化が望ましくない事象を避けるために十分であったかどうかを確認することができ、他方では、現在において始められた制御パラメータ変化が時間的な圧力プロフィールに関して付加的な正のインパクトをさらに有することになるかどうかを分析することが可能となる。
ることができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８６】
図11は、時間の進行と共に圧縮エアステーション1の圧力プロフィールを示している。本実施態様では、過去において、第1のアクチュエータスイッチング動作が時点T1で行われている。第1のアクチュエータ5の反応時間により、スイッチング動作の効果は現在の圧力プロフィールにおいてはまだ認識されていない。従って現在は第2のアクチュエータにおいて別のスイッチング動作が行われる可能性がある。しかしながら未来の圧力プロフィールがシミュレートされるまでは、第2のアクチュエータのスイッチング動作が、基本的な条件がどれぐらいうまく満たされるか(例えば最小圧力Pminのアンダーカットを避けること)を向上させるかどうかについての決定ができないか又は全く必要もない。もし事前シミュレーションがシミュレートされた時間間隔23に渡って両者の可能なスイッチング戦略に対して行われる場合には、第2のアクチュエータ5のスイッチング動作は基本的な条件と合致させるためには必要ないということが明らかとなる。さらに認識できることとしては第2のアクチュエータ5の反応時間は、圧縮エアステーション1の圧力が最小圧力Pminより既に明らかに上回るまで避けられないということである。従って、実行された事前シミュレーション方法に基づけば、圧縮エアステーション1における圧力プロフィールを改良するために第2のアクチュエータに対しては何らスイッチング動作を行うべきではないという決定をすることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８８】
1 圧縮エアステーション
2 コンプレッサ
3 システム制御器
5 アクチュエータ
8 加圧流体タンク
9 圧力路
10 スイッチング戦略
12 スイッチオフ戦略
13 スイッチオン戦略
14 圧力エアドライヤ
21 コンプレッサシステムモデル
23 時間間隔
41 圧力帯上限値
42 圧力帯下限値