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Dokumentenidentifikation DE69512506T2 17.02.2000
EP-Veröffentlichungsnummer 0721088
Titel Globale Regelung einer verteilten Klimaanlage
Anmelder Landis & Staefa, Inc., Buffalo Grove, Ill., US
Erfinder Ahmed, Osman, Buffalo Grove, Illinois 60089, US
Vertreter Schieber und Kollegen, 80469 München
DE-Aktenzeichen 69512506
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, LI
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 19.12.1995
EP-Aktenzeichen 951200583
EP-Offenlegungsdatum 10.07.1996
EP date of grant 29.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.02.2000
IPC-Hauptklasse F24F 11/04
IPC-Nebenklasse G05D 7/06   

Beschreibung[de]
ERFINDUNGSGEBIET

Diese Erfindung betrifft allgemein Steuerungssysteme und insbesondere Steuerungssysteme, die in Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Fluidverteilungssystemen verwendet werden.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Fluidverteilungssysteme sind dem Stand der Technik gut bekannt. Ein Beispiel für ein Fluidverteilungssystem ist das mit Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Fluidverteilungssystemen verknüpfte System. HVAC-Verteilungssysteme erfahren eine weit verbreitete kommerzielle Anwendung, d. h. in Häusern, Wohnblocks, Bürogebäuden, usw. Jedoch erfahren HVAC- Verteilungssysteme auch eine weit verbreitete Anwendung in Laboreinrichtungen. In dieser Ausführungsform ist das HVAC- Verteilungssystem in erster Linie dazu ausgebildet, mögliche schädliche Dämpfe, etc. auszupumpen.

In einer Mehrheit von HVAC-Verteilungssystemanwendungen ist es das Hauptziel, Wärmeenergie zu erzeugen und zu verteilen, so daß die Kühl- und Heizungserfordernisse einer speziellen Anlage bereitgestellt werden. Zum Zweck der Analyse kann das Verteilungssystem in zwei Teilsysteme unterteilt werden: ein globales und ein lokales Teilsystem. Das globale Teilsystem besteht aus einem Antriebsaggregat (d. h. einer Quelle), das ein Ventilator in einem Luftverteilungssystem oder eine Pumpe in einem Wasserverteilungssystem sein könnte. Im globalen Teilsystem wird auch das Rohrleitungsarbeitsstück eingeschlossen, das benötigt wird, um das globale Teilsystem mit dem lokalen Teilsystem zu verbinden. Das lokale Teilsystem besteht hauptsächlich aus jeweils Drosselgliedern oder Ventilen in Luft- oder Wasserverteilungssystemen.

Gegenwärtige Regelungsverfahren sowohl in den kommerziellen als auch in den HVAC-Verteilungssystemen trennen das globale Teilsystem vom lokalen Teilsystem und behandeln entsprechend die einzelnen Teilsysteme unabhängig voneinander. Das Ergebnis dieser Trennung ist (1) die schlechte Steuerbarkeit, (2) die Energieverschwendung im System und (3) teure Herstellung (Installation und Wartung)-Verarbeitung.

Fig. 1 stellt allgemein ein HVAC-Verteilungssystem aus dem Stand der Technik dar. Wie in Fig. 1 gezeigt, steuert ein Ventilatorregler 103 die veränderliche Luftmenge, indem die Drehzahl eines Ventilators 106 gesteuert wird, so daß ein konstanter statischer Druck an einer beliebigen Rohrleitungsstelle (zum Beispiel die Stelle 114) erhalten bleibt. Ein Drosselglied 118 wird durch einen Drosselregler 124 gesteuert. Der statische Druck an der Stelle 114 schwankt, wenn sich die Durchflußerfordernisse des Drosselglieds 118 verändern. Jedoch ignoriert der Ventilatorregler 103 die Erfordernisse des statischen Drucks im gesamten System, so daß der Durchflußbedarf des Drosselglieds 118 erfüllt werden kann. In diesem Modell versucht der Ventilatorregler 103, einen beliebig ausgesuchten Drucksollwert zu erhalten, der häufig auf der Grundlage einer maximalen Betriebsentwurfsbedingung eingestellt wird. Während normaler Be triebsbedingungen sind jedoch die statischen Druckerfordernisse des Systems beträchtlich niedriger als die Entwurfsbedingung. Dies führt zu einer beträchtlichen Energieverschwendung, da der Ventilator fortwährend arbeitet, um dem maximalen statischen Drucksollwert nachzukommen. Wenn andererseits der Sollwert viel niedriger ist als die Systemerfordernisse, ist das System nicht in der Lage, die Durchflußerfordernisse zufriedenzustellen, was zu einem ineffizienten System führt. Zusätzlich liegt kein wissenschaftliches Verfahren vor, um die beste (optimale) Stelle des statischen Drucksensors 112 innerhalb der Rohrleitung 115 zu bestimmen. Mit anderen Worten ist die Positionierung des statischen Drucksensors 112 mehr eine empirische Maßnahme als eine Wissenschaft. Darüber hinaus kann die Abstimmung der VAV- Ventilatorsteuerung zeitaufwendig und teuer sein, wenn der ausgewählte Drucksollwert und die Stelle des statischen Drucksensors 112 nicht richtig gewählt werden.

In einem Hochdrucksystem (falls durch den statischen Drucksensor 112 gemessen) müssen sich die Drosselglieder oder Ventile innerhalb des lokalen Teilsystems in einer beinahe geschlossenen Stellung befinden, um ihre individuellen Sollwerte zu erhalten. Dies führt jedoch zur Erzeugung von übermäßigem Lärm und Druckverlust im System. Zusätzlich weisen Drosselglieder und Ventile in der beinahe geschlossenen Stellung stark nicht-lineare Merkmale auf und machen die Abstimmung und Steuerbarkeit dieser Elemente zu einer Herausforderung.

Solchermaßen besteht ein Bedarf für ein Steuersystem, das, sobald es in einem Fluidverteilungssystem implementiert ist, die Steuerbarkeit erhält, und zwar ohne die im Stand der Technik innewohnenden Energieverschwendung und teuren Inbetriebnahmeverfahren.

WO-A-90/08293 offenbart einen Drucksender 12, einen Druckaufnehmer 18 und einen Temperaturaufnehmer 29 (s. die Fig. 5, 6 und 8). Die Reglereinheiten E werden bereitgestellt, um die Verzweigungsröhrleitungen Z zu steuern. Diese Reglereinheiten bestimmen die volumetrischen Durchflußraten der Luft auf der Grundlage des gemessenen Drucks und der gemessenen Temperaturen in der Nähe der Reglereinheiten. Eine Klimatisierungsmaschine P wird größtenteils auf der Grundlage der volumetrischen Luftdurchflußrate gesteuert, die, wie oben erörtert, aus dem gemessenen Druck und den gemessenen Temperaturen berechnet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Steuerungssystem zur Implementierung in einem HVAC- Verteilungssystem bereitzustellen.

Eine andere Aufgabe ist es, ein verbessertes Steuerungssystem bereitzustellen, das für die gleichzeitige Steuerung der lokalen Komponenten und der Quellenkomponenten sorgt, während die Steuerung für eine jede Komponente optimiert wird.

Eine dazugehörige Aufgabe ist es, ein verbessertes Steuerungssystem bereitzustellen, das eine Datenübertragung zwischen einem lokalen Regler und einem Quellenregler gestattet, um die Steuerung einer lokalen Komponente und einer Quellenkomponente zu optimieren.

Wiederum eine weitere Aufgabe ist es, ein verbessertes Steuerungssystem bereitzustellen, das für einen veränderlichen Drucksollwert (der an einer festgelegten Stelle gemessen wird) an einer Quellenkomponente sorgt und diesen verwendet.

Eine andere Aufgabe ist es, ein verbessertes Steuerungssystem bereitzustellen, das ein Vorwärtsregelungsverfahren umfaßt, um ein Steuersignal zu erzeugen, wobei das Vorwärtsregelungsverfahren die Rauschauswirkungen verringert, die von einem Rückkopplungsverfahren herrühren, das gemessene Systemvariablen verwendet.

Diese und weitere Aufgaben werden durch ein Steuerungssystem erfüllt, wie in den anliegenden Ansprüchen bestimmt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 stellt allgemein in Form eines Blockdiagramms ein in einem HVAC-System implementiertes Steuersystem dar.

Fig. 2 stellt in Form eines Blockdiagramms ein HVAC-System unter einer Steuerung in Übereinstimmung mit der Erfindung dar.

Fig. 3 stellt allgemein die globale Steuerungsstrategie dar, die in Übereinstimmung mit der Erfindung im lokalen Regler und Quellenregler der Fig. 2 implementiert wird.

Fig. 4 stellt allgemein in Form eines Blockdiagramms das Steuerverfahren der Fig. 3 dar, das in Übereinstimmung mit der Erfindung in einem lokalen Regler zur Steuerung einer lokalen Komponente implementiert ist.

Fig. 5 stellt allgemein in Form eines Blockdiagramms das Steuerverfahren der Fig. 3 dar, das in Übereinstimmung mit der Erfindung in einem Quellenregler zur Steuerung einer Quellenkomponente implementiert ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Allgemein betrachtet, identifiziert ein Regler für ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-(HVAC)-Fluidverteilungssystem Merkmale, die eine Komponente des HVAC-Fluidverteilungssystems betreffen, um identifizierte Merkmale der Komponente zu erzeugen, und steuert die Komponente teilweise auf der Grundlage der identifizierten Merkmale. Der Regler verwendet Systemvariablen, die die Komponente betreffen, um die identifizierte Merkmale der Komponente zu erzeugen, und verwendet genauer gesagt Systemvariablen, die einen statischen Druck und einen Fluidfluß betreffen.

In der bevorzugten Ausführungsform sind die Komponenten des HVAC-Fluidverteilungssystems ein Ventilator sowie ein Drosselglied. Die identifizierten Merkmale des Ventilators sind ein Drucksollwert (Pfsp) und ein Durchflußsollwert (Qfsp) von Luft am Ausgang des Ventilators und ein Ventilator-Steuersignal (Y'f). Die identifizierten Merkmale des Drosselglieds sind eine Autorität ( ) und ein Durchfluß-Prozentgehalt (%Gesamtdurchfluß) des Drosselglieds sowie ein Drosselglied-Steuersignal (Y'd). In einer anderen Ausführungsform kann für kleine Verteilungssysteme die Autorität ( ) durch einen statischen Druck am Einlaß des Drosselglieds (Pil) ersetzt werden, da die Drosselglied- Autorität sich nicht bedeutsam ändert.

In der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Regler auch ein Vorwärtssteuerungsmittel, um auf der Grundlage der identifizierten Merkmale der Komponente und der berechneten Systemvariablen ein Vorwärtssteuerungs-Steuersignal zu erzeugen, und ein Rückkopplungsmittel, um auf der Grundlage der gemessenen Systemvariablen ein Rückkopplungs-Steuersignal zu erzeugen. Der Regler steuert daraufhin die Komponente auf der Grundlage einer Verbindung des Vorwärtsregelungs-Steuersignals und des Rückkopplungssignals.

Ein Steuersystem wird in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung in einem Fluidverteilungssystem implementiert, wie in Fig. 2 gezeigt. Wie oben angemerkt, ist das Fluidverteilungssystem der bevorzugten Ausführungsform ein HVAC-System. Jedoch kann, wie der durchschnittliche Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, das hiernach beschriebene Steuersystem vorteilhaft in jedem Fluidverteilungssystem mit Eigenschaften, die denen der HVAC-Systeme ähnlich sind, verwendet werden. Das Blockdiagramm aus Fig. 2 stellt ein HVAC-System dar, das in erster Linie zur Verwendung in kommerziellen Umgebungen beabsichtigt ist, aber leicht zur Arbeit in Laborumgebungen modifiziert werden kann. Der gesamte Fluidfluß wird in Einheiten von Kubikfuß pro Sekunde (cfm) oder Kubikmeter Sekunde gemessen, während alle Drücke in Einheiten von Zoll-Wassersäule (w. g.) oder Pa gemessen werden.

Die Ausführungsform aus Fig. 2 betrifft ein Luftverteilungssystem in einem kommerziellen Gebäude; allerdings kann das Gerät ebensogut vorteilhafterweise in Laboreinrichtungen ausgeführt sein, wie der durchschnittliche Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird. In kommerziellen Gebäuden ist es das Ziel, bei Senkung der Energiekosten einen Wärmekomfort bereitzustellen, während in Laboreinrichtungen ein drittes Ziel der Sicherheit hinzukommt. Fortführend, ist die Quellenkomponente 203 als ein Ventilator 203 implementiert, während die lokale Komponente 221 als ein Drosselglied 221 implementiert ist. Wie wiederum der durchschnittliche Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, kann die Quellenkomponente 203 abhängig von der Systemwahl ein beliebiges Antriebsaggregat (Pumpe, usw.) sein, während die lokale Komponente 221 als irgendeine steuerbare, veränderliche Luftdurchflußvorrichtung (Abzugshaube-, Zufuhrdosen, allgemeine Abzugsdosen, usw.) ausgeführt sein kann.

In der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform wird ein statischer Drucksensor 209 nicht willkürlich angebracht, sondern statt dessen am Ausgang des Ventilators 203 angeordnet. Dies wird getan, so daß der statische Druck des Ventilators Pf auf dieselbe Weise durch den Quellenregler 236 verwendet wird, und zwar unabhängig vom Aufbau des Systems. Mit anderen Worten kann der statische Druck des Ventilators Pf in Bezug auf ein bestimmtes System korreliert werden, und zwar unabhängig vom Aufbau des Systems.

Wie ebenfalls in der Ausführungsform aus Fig. 2 gezeigt, ist es dem Sollwert des statischen Drucksensors 209 gestattet, zu variieren, um sich einem unterschiedlichen Druck in der Hauptrohrleitung 215 infolge der Öffnung/Schließung des Drosselglieds 221 anzupassen. Daß der Sollwert des statischen Drucksensors 209 (und folglich des statischen Drucks Pf und des Durchflusses Qf am Ausgang des Ventilators 203) variieren darf, ist bedeutsam, da die Energie (in PS) des Ventilators 203 proportional zum Produkt des statischen Drucks Pf und des Durchflusses Q ist. Solchermaßen überträgt sich beispielsweise eine 50%ige Ersparnis im statischen Druck Pf auf eine 50%ige Energieersparnis beim Betrieb des Ventilators 203. Aufgrund des neuen Verhältnisses zwischen dem statischen Druck Pf und dem Durchfluß Qf am Ausgang des Ventilators 203 und dem statischen Druck Pil und dem Durchfluß Qil, die das Drosselglied 221 betreffen, ist ein Datenaustausch zwischen dem lokalen Regler 224 und dem Quellenregler 236 erforderlich.

Der Datenaustausch zwischen dem Quellenregler 236 und dem lokalen Regler 224 erfolgt über die Leitungen 230-233, wie in Fig. 2 dargestellt wird. Die Leitung 230 überträgt einen Drosselglieddurchfluß-Sollwert Qilsp vom lokalen Regler 224 zum Quellenregler 236, während die Leitung 231 den am Einlaß des Drosselglieds 221 gemessenen statischen Druck Pil und Durchfluß Qil überträgt. Der übertragene statische Druck Pil und Durchfluß Qil werden jeweils vom statischen Drucksensor 219 und vom Durchflußsensor 218 gemessen, wobei beide am Einlaß des Drosselglieds 221 angeordnet sind. Die Leitung 231 tauscht periodisch Daten zur Aktualisierung der Identifizierung des Verhältnisses des Systemdurchflusses in Bezug zum Druckverlust aus.

Wie der durchschnittliche Fachmann auf dem Gebiet erkennen wird, liegen viele gut bekannte Verfahrensweisen vor, um den statischen Druck Pf und Pil und den Durchfluß Qf und Qil an den in Fig. 2 dargestellten Stellen zu messen. Eine Verfahrensweise ist es, Solenoide zu verwenden, die ausgebildet sind, um bei der Messung zu helfen. Es ist wichtig, anzumerken, daß es möglich sein kann, den Druckverlust durch das Drosselglied 221 zu berechnen, indem man, nur über den statischen Einlaßdruck Pil verfügt. In diesem Fall würde nur ein einziges Solenoid benötigt. Die Verwendung der Solenoide zum Messen des statischen Drucks kann wegen der Differentialdruckbereich-Kompatibilität mit einem bekannten Durchflußsensor in kommerziellen Gebäuden implementiert werden. Für Laboranwendungen würde anstatt eines Solenoids - infolge des kleinen Bereichs des Differentialdrucks, der gemessen werden muß - jedoch ein zusätzlicher statischer Drucksensor erforderlich sein. Der statische Drucksensor wird für Laboranwendungen ausreichen, da die statische Druckmessung verwendet wird, um das Drosselglied 221 zu kennzeichnen und nicht um das Drosselglied 221 zu steuern.

Die Eingabe von nur einem einzigen lokalen Regler 224 wird aus Vereinfachungszwecken in Fig. 2 dargelegt. In einer praktischen Ausführungsform würde der Quellenregler 236 Eingaben von einer Mehrzahl vernetzter lokaler Regler (nicht gezeigt) empfangen, wobei jeder der Mehrzahl lokaler Regler seine eigene lokale Komponente regelt. Die vernetzten lokalen Regler würden daraufhin an den Quellenregler 236 gekoppelt werden. Wenn der Quellenregler 236 in einer speziellen Ausführungsform Eingaben von allen lokalen Reglern empfängt, bestimmt der Quellenregler 236 folglich eine Anforderung für einen Luftdurchfluß-Sollwert Qfsp und daraufhin eine Anforderung für einen Ventilatordruck- Sollwert Pfsp aus dem Verhältnis des Systemdurchflusses in Bezug zum Druckverlust.

In Fig. 2 wird ebenfalls ein Datenaustausch vom Quellenregler 236 zum lokalen Regler 224 über die Leitungen 232 und 233 gezeigt. Die Leitung 232 überträgt die Anforderung für den Drucksollwert Pfsp des Ventilators 203, wie es durch den Quellenregler 236 bestimmt wird, während die Leitung 233 den am Ausgang des Ventilators 203 gemessenen statischen Druck Pf und Durchfluß Qf überträgt. Die Leitung 233 tauscht periodisch Daten zur Aktualisierung der Identifizierung des Drosselglieds 221 aus. Auf der Grundlage der Drucksollwert-Pfsp-Anforderung berechnet der lokale Regler 224 den statischen Druck Pil. Wenn einmal der statische Druck Pil und Durchflußsollwert Qilsp des Drosselglieds 221 bekannt sind, erzeugt der lokale Regler 224 das benötigte Steuersignal 227. Unter der Steuerung des Steuersignals 227 wird sich das Drosselglied 221 abhängig von der angeforderten Steuerung entweder öffnen oder schließen.

Eine im lokalen Regler 224 und Quellenregler 236 aus Fig. 2 implementierte globale Steuerungsstrategie wird in Übereinstimmung mit der Erfindung in Fig. 3 gezeigt. Wie in Fig. 3 gezeigt, werden die Regler 224 und 236 in getrennte Verfahren aufgeteilt: ein Identifizierungsverfahren 306 und ein Steuerverfahren 303. Die Trennung des Identifizierungsverfahrens 306 vom Steuerverfahren 303 gestattet es dem Identifizierungsverfahren 306, periodisch, adaptiv, in Echtzeit, implementiert zu sein, während es dem Steuerverfahren 303 gestattet wird, kontinuierlich implementiert zu werden. Das Trennen der zwei Verfahren bedingt den Vorteil, daß die Leistung des Steuerverfahrens 303 nicht geopfert wird, indem dem Identifizierungsverfahren 306 erlaubt wird, adaptiv und in Echtzeit zu arbeiten.

Das Identifizierungsverfahren 306 identifiziert bestimmte Merkmale entweder des Drosselglieds 221 oder des Ventilators 203. Diese identifizierten Merkmale werden über eine Leitung 307 an das Steuerverfahren 303 ausgegeben. Das Steuerverfahren 303 nimmt die identifizierten Merkmale zusammen mit den in Fig. 3 gezeigten anderen Signalen an und gibt ein Steuersignal aus (über die Leitung 227 an das Drosselglied 221 oder über die Leitung 206 an den Ventilator 203), um die globale Steuerung des HVAC-Systems 309 in Übereinstimmung mit der Erfindung bereitzustellen.

In der bevorzugten Ausführungsform verwendet das Identifizierungsverfahren 306 eine Nachschlagtabelle (nicht gezeigt), um die Merkmale des Drosselglieds 221 und/oder des Ventilators 203 zu speichern. Für das Drosselglied 221 sind es folgende Merkmale: das Verhältnis aus dem Druckabfall durch das Drosselglied 221 zum Verzweigungs-Druckabfall, wenn das Drosselglied 221 vollständig geöffnet ist (Autorität ); der Durchflußprozentgehalt durch das Drosselglied 221 normiert in Bezug auf den maximalen Durchfluß durch das Drosselglied 221 (%Gesamtdurchfluß); und das Drosselgliedsteuersignal (Y'd). Die Autorität kann in kleinen Systemen, wie oben erklärt, durch den statischen Einlaßdruck Pil ersetzt werden. Für den Ventilator 203 sind es folgende Merkmale: der Drucksollwert (Pfsp); die Summe der Durchflußsollwerte von jedem lokalen Regler (Qfsp); und das Ventilator-Steuersignal (Y'f). Diese identifizierten Merkmale werden über die Leitung 307 als identifizierte Merkmale vom Identifizierungsverfahren 306 ausgegeben. Die Auswahl, welche der gespeicherten Merkmale identifiziert und über die Leitung 307 ausgegeben werden sollen, hängt von den Werten der gemessenen Systemvariablen und dem Steuersignal ab, das in das Identifizierungsverfahren 306 eingegeben wird.

Das im lokalen Regler 224 implementierte Steuerverfahren 303 zum Steuern einer lokalen Komponente 221 in Übereinstimmung mit der Erfindung wird in Fig. 4 dargelegt. Wie in Fig. 4 gezeigt, wird das innerhalb des Steuerverfahrens 303 implementierte Verfahren in ein Vorwärtsregelungsverfahren 403 und ein Rückkopplungsverfahren 420 unterteilt. In den Reglern für die HVAC-Systeme aus dem Stand der Technik (zum Beispiel dem Regler 124 aus Fig. 1) war nur das Rückkopplungsverfahren 420 implementiert. In jenen Systemen würde das Rückkopplungsverfahren 420 als ein Proportional-Integral-Differential-(PID)-Regelkreis arbeiten, was aus dem Stand der Technik wohl bekannt ist. Daher wurden nur die gemessenen Werte (für das Beispiel des lokalen Reglers 224) vom Qil verwendet. Infolge des in der gemessenen Systemvariable Qil innewohnenden Rausches, litt jedoch die Genauigkeit des erzeugten Steuersignals.

Wie in Fig. 4 dargelegt, nimmt das Rückkopplungsverfahren 420 einen berechneten Qilsp und auch ein Vorwärtsregelungs- Steuersignal ( ) über eine Leitung 419 als Eingabe an. Diese Signale werden vom Rückkopplungsverfahren 420 verwendet, um ein Steuersignal 227 mit einem höheren Genauigkeitsgrad zu erzeugen. Die Ausgaben des Vorwärtsregelungsverfahrens 403 sind berechnete Signale, die auf diese Weise nicht von irgendwelchen gemessenen Werten abhängig sind. Wenn der berechnete Qilsp ideal ist, sollte er äquivalent zum gemessenen Qil sein, was somit zum Nullpunktfehler führt, der aus dem Knoten 423 austritt. Wenn der Nullpunktfehler in die Blöcke 426, 429 und 432 eintritt, wird das letzte verwendete Steuersignal erneut als Rückkopplungs- Steuersignal 436 ausgegeben. Wenn das berechnete Vorwärtsregelungs-Steuersignal auf der Leitung 419 gleich mit dem Rückkopplungs-Steuersignal auf der Leitung 436 ist, wird das Steuersignal auf der Leitung 227, das aus dem Knoten 438 austritt, dasselbe wie in der vorherigen Iteration sein. Wenn die berechneten Signale (in Bezug zu den gemessenen Signalen) die Steuerungsmehrheit bereitstellen, werden die Rauschauswirkungen auf die Erzeugung des Steuersignals 227 stark vermindert. Auf diese Weise arbeitet das Vorwärtsregelungsverfahren 403 in Verbindung mit dem Rückkopplungsverfahren 420, um in Übereinstimmung mit der Erfindung ein genaueres Steuersignal auf der Leitung 227 zu erzeugen.

Wenn das Vorwärtsregelungsverfahren 403 im lokalen Regler 224 implementiert ist, startet es, indem es als erstes auf der Leitung 232 den statischen Drucksollwert Pfsp des Ventilators empfängt. Dies wird am Block 406 der Fig. 4 durchgeführt. Der statische Drucksollwert Pfsp des Ventilators wird zum Block 409 weitergeleitet, worin der Druckverlust Plossi für jede der i- Verzweigungen, die den Ventilatorauslaß und das einzelne lokale Drosselglied verbinden, berechnet wird. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Druckverlust Plossi für jede der i- Verzweigungen adaptiv in Echtzeit bestimmt. Um den Druckverlust für die Verzweigung 1, d. h. Ploss1, zu berechnen, sollten die folgenden Schritte befolgt werden.

Die Berechnung des Druckverlusts Ploss1 für die Verzweigung 1 beginnt mit der Berechnung des Druckverlusts für ein erstes Segment der Verzweigung 1, das vom Auslaß des Ventilators 203 zum Einlaß des Drosselglieds 221 verläuft. Die allgemeine Gleichung zum Berechnen des Druckverlusts Ploss wird wie folgt abgegeben:

Ploss = K - Q² (1)

worin Ploss = Druckverlust, K = Reibungskoeffizient und Q = Durchflußrate. In diesem Beispiel wird aus Vereinfachungszwecken nur der Druckverlust Ploss1 der Verzweigung 1 berechnet. Auf Fig. 2 Bezug nehmend, kann der Luftstrom vom Ventilator 203 durch die Verzweigung 1 in kleinere Pfade aufgeteilt werden. Die Drücke Pf, P1, Pil, Pol und Pxl treten, wie in Fig. 2 gezeigt, an folgenden Stellen auf:

Pf = statischer Druck @ Ausgabe des Ventilators 203

Pl = statischer Druck @ Eingabe an Verzweigung 1

Pil = statischer Druck @ Einlaß an das Drosselglied 221 innerhalb der Verzweigung 1

Pol = statischer Druck @ Ausgabe des Drosselglieds 221 innerhalb der Verzweigung 1; und

Pxl = statischer Druck @ Eingabe an den von der Verzweigung 1 bedienten lokalen Bereich.

Der Druckverlust Ploss1 für die Verzweigung 1 vom Ventilator 203 durch die Verzweigung 1 wird durch die Gleichung Pf - Pxl angegeben und kann geschrieben werden als

Pf - Pxl = (Pf - Pil) + (Pil - Pol) + (Pol - Pxl) (2)

worin

Pf - Pil = (Kfl Qf²) + (Klil · Qil²) (3)

Die Gleichung (3) stellt den Druckverlust vom Auslaß des Ventilators 203 zum Einlaß des Drosselglieds 221 dar. Sind einmal die Konstanten Kfl, Klil der Gleichung (3) bestimmt, ist es möglich, den Druckverlust vom Auslaß des Ventilators 203 zum Einlaß des Drosselglieds 221 in der Verzweigung 1 zu berechnen. Zwei Untersegmente des ersten Segments müssen in Betracht gezogen werden, damit die Reibungskoeffizienten Kfl und Klxl der Gleichung (3) bestimmt werden; Pf-zu-P1 und Pl-zu-Pil. Angenommen, daß Pf, Pil, Qf und Qil gemessen werden, sind Kfl und Klxl die einzigen unbekannten Größen. Indem n-Wertesätze von Pf, Pil, Qf und Qil gemessen und diese Wertesätze in der Gleichung (3) nmal ersetzt werden, können die daraus resultierenden Gleichungen für die unbekannten Reibungskoeffizienten Kfl und Klxl durch einfache Regression gelöst werden. Wenn das System in Betrieb geht, können mehrere Sätze von Pf, Pil, Qf und Qil gesammelt und verwendet werden, um konstant die Werte von Kfl und Klxl zu aktualisieren und zu verfeinern. Dieser Schritt wird für jede zusätzliche Verzweigung wiederholt, indem erkannt wird, daß Kfl aus der vorherigen Bestimmung bekannt ist.

Der nächste Schritt ist es, den Druckverlust eines zweiten Segments zu berechnen, das vom Einlaß des Drosselglieds 221 zum Einlaß des von der Verzweigung 1 bedienten lokalen Bereichs geht. Der Druckverlust des zweiten Segments kann bestimmt werden, indem folgende Gleichung verwendet wird:

Pil - Pxl = (Co - Qil²) + (Kolxl · Qil²) (4)

Das erste Glied der Gleichung (4) (das als Reibungskoeffizient Co aufweist) ist der Druckverlust durch das Drosselglied 221, während das zweite Glied der Gleichung (4) (das als Reibungskoeffizient Kolxl aufweist) der Druckverlust von der Ausgabe des Drosselglieds 221 zum Einlaß des von der Verzweigung 1 bedienten lokalen Bereichs ist. Der Reibungskoeffizient Co hat die allgemeine Formel:

Co = mle -(m&sub2;·%cpen) (5)

worin ml, m2 und Kolxl zu bestimmende Konstanten sind. Das %Offen ist das Rückkopplungssignal vom Drosselglied 221, das die Stellung des Drosselglieds 221 anzeigt, indem der Prozentgehalt der Öffnung des Drosselglieds 221 angezeigt wird, und zwar verglichen mit dem vollständig geöffneten Drosselglied 221 (dfo). Die Substitution der Gleichung (5) in die Gleichung (4) ergibt:

Pil - Pxl = (mle-(m2 ·% open) · Qil²) + (Kolxl · Qil²) (6)

Wenn das %Offen verfügbar ist, wird die Drosselgliedstellung n-mal eingestellt (was entsprechend verschiedene Werte für das %Cffen ergibt), und Pil und Qil werden n-mal gemessen. Es wird geschätzt, daß der Druck Pxl 2,405 Pa (0,05 Zoll Wassersäule (w. g.)) beträgt. Mit den gemessenen Daten und den entsprechenden %Cffen-Werten können die Konstanten ml, m² und Kolxl durch einfache Regression bestimmt werden. Die Gleichung (6) kann daraufhin verwendet werden, um den Druckverlust für das zweite Segment zu berechnen. Dieser Druckverlust wird zum Druckverlust für das erste Segment hinzuaddiert, um den Druckverlust Ploss1 für die Verzweigung 1 zu liefern.

Diese Gleichung (6) kann auch verwendet werden, wenn das %Cffen nicht verfügbar ist. In dieser Berechnung werden die Werte von ml und m², die aus den von ASHRAE verfügbaren Tabellen erhalten werden, in die Gleichung (6) eingefügt. Das Drosselglied wird ganz geöffnet (d. h. %Offen = 100) und Pil und Qil werden n-mal gemessen. Mit dem vollständig geöffneten Drosselglied wird die Drehzahl des Ventilators 203 moduliert (n- mal), und Pil und Qil werden wiederum berechnet. Die Werte von ml, m2, Pil und Qil werden in die Gleichung (6) eingefügt, die daraufhin iterativ gelöst wird, um den Wert für die Konstante Kolxl zu bestimmen. Zu diesem Zeitpunkt kann die Gleichung (6) erneut verwendet werden, um den Druckverlust für das zweite Segment zu berechnen. Dieser Druckverlust wird zum Druckverlust für das erste Segment hinzuaddiert, um den Druckverlust Ploss1 für die Verzweigung 1 zu liefern.

Es ist wichtig, anzumerken, daß sich das oben beschriebene Verfahren zum Berechnen des Druckverlustes Plossi in Bezug auf i-zusätzliche Verzweigungen zutrifft, die mit der Hauptrohrleitung 215 verbunden sind. In dieser Situation wird die Zahl der Rohrleitungssegmente ansteigen, sobald der Abstand zwischen dem Ventilator 203 und dem Verzweigungsausgang von der Hauptrohrleitung 215 zunimmt. Das obige Verfahren kann allmählich verwendet werden, um die "K"-Werte eines jeden Rohrleitungssegments zu berechnen, indem die Reibungskoeffizienten der Durchflußsensoren für jedes im System verwendetes Drosselglied gefunden werden. Nachdem der Druckverlust Ploss1 für die Verzweigung 1 berechnet wurde, verwendet das Vorwärtsregelungsverfahren 403 den berechneten Ploss1, um den statischen Einlaßdruck Pil am Einlaß des Drosselglieds 221 zu berechnen. Dies geschieht im Block 415, indem der berechnete Druckverlust Ploss1 vom statischen Drucksollwert Pfsp subtrahiert wird, der als eine Eingabe an den Block 406 empfangen wird. Parallel zu den Blöcken 409 und 415 erhält das Vorwärtsregelungsverfahren 403 im Block 412 den Durchflußsollwert Qilsp des Drosselglieds 221 aus einem Temperatur-Regelkreis im Regler (nicht gezeigt). Der Durchfluß sollwert Qilsp, der den Block 412 verläßt, wird in das Rückkopplungsverfahren 420 eingegeben und stellt den berechneten Durchflußsollwert Qilsp dar. Der Durchflußsollwert Qilsp, der den Block 412 verläßt, wird ebenfalls zusammen mit dem in Block 415 berechneten berechneten statischen Einlaßdruck Pil in den Block 418 eingegeben. Der Block 418 erhält ebenfalls als Eingabe identifizierte Merkmale auf der Leitung 307. Die identifizierten Merkmale werden durch das Identifizierungsverfahren 306 aus Fig. 3 bestimmt. In der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform betreffen die identifizierten Merkmale, die auf der Leitung 307 eingegeben werden, das Drosselglied 221.

Der Block 418 verwendet den Durchflußsollwert Qilsp und den berechneten statischen Einlaßdruck Pil zusammen mit den identifizierten Merkmalen (die gespeicherten Werte der Autorität , des %Gesamtdurchflusses und des Y'd), um das Vorwärtsregelungs- Steuersignal zu erzeugen, das auf der Leitung 419 ausgegeben wird. Um das Vorwärtsregelungs-Steuersignal effektiv zu berechnen, wird in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein neuronales Netzwerk mit allgemeiner Regression (nachstehend auch GRNN) implementiert. Zur Erörterung eines GRNN wird auf "A General Regression Neural Network", Donald F. Specht, IEEE Transactions on Neural Networks, Vol. 2, Nr. 6, Nov. 1991, Bezug genommen, das hierin ausdrücklich durch Bezugnahme eingeschlossen wird.

Ein GRNN wird infolge seiner Einfachheit, Robustheit und hervorragenden Fähigkeit bei der Systemidentifizierung gewählt, um für vorgegebene Werte von und den %Gesamtdurchfluß das Vorwärtsregelungs-Steuersignal 419 zu erzeugen. Abweichend von herkömmlichen neuronalen Netzwerken erfordert ein GRNN für kleine Datensätze nur wenig oder gar keine Übung, während es effektiv die Systemeigenschaften aus den vergangenen Ereignissen auffängt. Ein GRNN ist ein Ein-Schritt-Lernalgorithmus, der über eine hoch parallele Struktur verfügt und der Vorwärtspfad- Schätzwerte durchführt, indem Wahrscheinlichkeits-Dichtefunktionen geschätzt werden. Selbst mit spärlichen Daten in einem mehrdimensionalen Meßraum sorgt der Algorithmus für einen glatten Übergang von einem beobachteten Wert zum anderen.

Die Algorithmusform kann für jedes Regressionsproblem verwendet werden, in dem eine Annahme der Linearität nicht gerechtfertigt ist. Wenn (als ein Beispiel) die zusammengesetzte Wahrscheinlichkeits-Dichtefunktion von X und Y bekannt ist, können daraufhin die bedingte Wahrscheinlichkeits-Dichtefunktion und der erwartete Wert berechnet werden. In diesem Fall werden die zusammengesetzten Wahrscheinlichkeits-Dichtefunktionen aus Beispielen geschätzt, die nicht parametrische Schätzungen verwenden. Die resultierende Regressionsgleichung kann in einer parallelen Neuronalnetzwerk-artigen Struktur implementiert werden. Die Struktur der Daten wird direkt aus vergangenen Daten bestimmt, wobei die Struktur ohne Rückkopplung gelernt und verallgemeinert wird. Das Netzwerk schätzt auch Werte von X und Y für jeden neuen Wert von X in der kurzen Zeit, die mittels der Laufzeit durch vier Schichten des neuronalen Netzwerks bestimmt wird. Das GRNN wird vorzugsweise in einem integrierten Schaltkreis (nicht gezeigt) implementiert, womit in einem großen Umfang der Software-Entwicklungsvorgang beseitigt wird. Diese Implementierung beseitigt auch die Softwarecodierung während der Feldinstallation. In der bevorzugten Ausführungsform wird das GRNN im Block 418 ausgeführt.

Die Grundgleichung für ein GRNN ist

worin

E[y X] = der bedingte Mittelwert von y auf X ist,

f(X,y) = die bekannte zusammengesetzte, stetige Wahrscheinlichkeits-Dichtefunktion,

y = eine Skalar-Zufallsvariable,

x = eine Vektor-Zufallsvariable, und

X = ein besonderer gemessener Wert der Zufallsvariablen x.

Dem Wahrscheinlichkeits-Schätzwert liegt, wie durch Specht oben beschrieben, der Analyseschätzer- zugrunde. Eine physikalische Interpretation des Wahrscheinlichkeits-Schätzwertes ist die, daß er für jede Probe die Probenwahrscheinlichkeit mit der Breite σ zuordnet. Der Wahrscheinlichkeits-Schätzwert ^f ist die Summe dieser Probenwahrscheinlichkeiten. Das Ersetzen des zusammengesetzten Wahrscheinlichkeits-Schätzwertes ^f mit dem bedingten Mittelwert gibt den gewünschten bedingten Mittelwert von y, der auf X( (x)) angegeben ist:

worin

(X) = das Vorwärtsregelungs-Steuersignal als eine Funktion von X,

Di² = (X - Xi)T (X - Xi),

X = die gewünschten (Vorwärts)-Werte von und der %Gesamtdurchfluß,

Xi = die gespeicherten (vergangenen) Werte von und der %Gesamtdurchfluß,

Y' = der gespeicherte (vergangene) Wert Y'd des Steuersignals Y, und

σ = die Breite für dieselbe Wahrscheinlichkeit.

In Block 418 wird als erstes der gewünschte Wert der Autorität bestimmt. Die Autorität kann allgemein ausgedrückt sein als:

= (Pil -Pol) dfo / (PfPxl) dfo (9)

worin dfo bedeutet, daß das Drosselglied 221 vollständig offen ist. Aus der Gleichung (4) wird der Druckverlust durch das Drosselglied 221 durch das erste Glied (das als Reibungskoeffizient Co aufweist.) gegeben. Wenn das Drosselglied 221 ganz offen ist, kann der Druckverlust (Pil - Pol) dfo durch das Drosselglied 221 folglich berechnet werden, indem folgende Gleichung verwendet wird:

(Pil - Pol) dfo = Co%open·100 · Q (10)

worin Q²dmax der maximale zulässige Durchfluß durch das Drosselglied 221 ist. Qdmax kann bestimmt werden, indem Pil bei vollständigem Durchfluß gemessen wird und die Gleichung (6) für %Offen = 100 und die festgelegten Werte von m1, m2 und Kolxl verwendet werden. Die Konstante Co%Offen = 100 kann wie oben beschrieben bestimmt werden, wenn der %Offen-Wert verfügbar ist, oder sie wird im Fall bekannt werden, wo der %Offen-Wert nicht verfügbar ist, indem das maximale Steuersignal an das Drosselglied 221 gesendet und sichergestellt wird, daß der maximale Durchfluß erreicht wird.

Der Pfaddruckverlust (Pf-Pxl) dfo kann, wenn das Drosselglied 221 ganz geöffnet ist, berechnet werden, sobald einmal der Druckverlust des Drosselglieds bei vollständigem Durchfluß bekannt ist und indem das allgemein in den Gleichungen (1) und (3) beschriebene Durchfluß-zu-Druckverlustverhältnis verwendet wird.

(PfPxl) dfo = (Kfl · Qf²) · (Klil · Q ) · (Pil - Pol) dfo + (Kxl · Q ) (11)

Zu diesem Zeitpunkt können die Gleichungen (10) und (11) verwendet werden, um die Autorität zu lösen.

Der gewünschte Wert für den %Gesamtdurchfluß kann auch berechnet werden, indem die folgende Gleichung verwendet wird:

%Gesamtdurchfluß = Qilsp / Qdmax ·100 (12)

Der maximale Durchfluß Qdmax ist von oben bekannt. Der Durchflußsollwert Qilsp wird dem Block 418 vom Block 412 bereitgestellt. Wurden die gewünschten Werte für die Autorität und den, %Gesamtdurchfluß bestimmt, kann das GRNN verwendet werden, um das Vorwärtsregelungs-Steuersignal (X) vorherzusagen. Die gespeicherten Werte für die Autorität , den %Gesamtdurchfluß und Y'd werden über die Leitung 307 als identifizierte Merkmale vom Block 418 empfangen. Alle Werte können in die Gleichung (8) eingegeben werden, um das Vorwärtsregelungs-Steuersignal (X) zu erzeugen, das über Leitung 419 vom Block 418 ausgegeben wird.

Fig. 5 stellt allgemein in Blockdiagrammform das im Quellenregler 236 implementierte Steuerverfahren der Fig. 3 dar, um eine Quellenkomponente in Übereinstimmung mit der Erfindung zu steuern. Die Funktionalität des Rückkopplungsverfahrens 520 ist im wesentlichen dieselbe wie die des Rückkopplungsverfahren 420 aus Fig. 4; solchermaßen bezeichnen gleiche Bezugszeichen im Rückkopplungsverfahren 520 und im Rückkopplungsverfahren 420 gleiche Vorgänge.

Das Vorwärtsregelungsverfahren 503 beginnt am Block 506, worin der Durchflußsollwert Qilsp 230 von jedem im HVAC-System 309 implementierten lokalen Regler empfangen wird. Wiederum veranschaulicht Fig. 2 eine einzige Systemverzweigung-(Verzweigung 1); allerdings ist das Vorwärtsregelungsverfahren 503 in Bezug auf jede und alle innerhalb des HVAC-Systems 309 implementierten Verzweigungen anlegbar. Fortfahrend, wird der Durchflußsollwert Qilsp, der vom lokalen Regler 224 empfangen wird, an den Block 509 gesendet, worin der Druckverlust Plossi für jede Verzweigung berechnet wird (nur Ploss1 für die Verzweigung 1 wird oben berechnet).

Die Berechnung im Block 509 verwendet den über die Leitung 231 empfangenen statischen Druck Pil und Durchfluß Qil des Drosselglieds 221, um, wie in Verbindung mit dem Block 409 oben beschrieben, den Druckverlust Ploss1 zu berechnen. Wenn einmal der Verzweigungs-Druckverlust Ploss1 berechnet ist (so wie der Druckverlust Plossi für alle weiteren Verzweigungen), werden die berechneten Druckverlustwerte in den Block 515 eingegeben, worin der statische Druck Pfsp des Ventilators berechnet wird.

Der statische Druck Pfsp des Ventilators ist gleich der Summe des maximalen Druckverlustes für alle Druckverluste Plossi, der für jede Verzweigung empfangen wird, und des maximalen Druckverlustes für alle durch die Drosselglieder erlittenen Druckverluste Plossdi. Der durch ein Drosselglied erlittene Druckverlust Plossdi ist ein Teil des Druckverlustes infolge des zweiten Segments, wie in Gleichung (4) gezeigt wird. Es ist wichtig, anzumerken, daß das Drosselglied, das den maximalen Druckverlust Plossdi bereitstellt, nicht mit der Verzweigung verknüpft werden muß, die über den maximalen Druckverlust Plossi verfügt. Als ein Beispiel kann eine Verzweigung 2 (nicht gezeigt) zum maximalen Verzweigungs- Druckverlust (in diesem Fall Ploss2) beitragen, während das Drosselglied 221 aus Verzweigung 1 zum maximalen Druckverlust (in diesem Fall Plossd1) beitragen kann. Diese zwei Druckverluste würden addiert werden, um den Sollwert Pfsp des Ventilators zu liefern. Nachdem der Sollwert Pfsp des Ventilators berechnet wird, wird er in das Rückkopplungsverfahren 520 eingegeben und stellt den berechneten Sollwert Pfsp des Ventilators dar.

Parallel zu den Blöcken 509 und 515 wird der Durchflußsollwert Qfsp des Ventilators im Block 512 berechnet, indem alle im Block 506 empfangenen Durchflußsollwerte Qisp addiert werden. Der Durchflußsollwert Qfsp des Ventilators, der den Block 512 verläßt, wird zusammen mit dem statischen Druck Pfsp des Ventilators, der den Block 515 verläßt, in den Block 518 eingegeben. In den Block 518 werden auch die identifizierten Merkmale des Ventilators 203 über die Leitung 307 eingegeben. In der bevorzugten Ausführungsform sind die identifizierten Merkmale des Ventilators 203 gespeicherte Werte eines Drucksollwertes (Pfsp) und eines Durchflußsollwertes (Qfsp) der Luft am Ausgang des Ventilators 203 und ein Steuersignal (Y'f) des Ventilators.

Der Block 518 verwendet den berechneten Durchflußsollwert Qfsp des Ventilators, der den Block 512 verläßt, und den berechneten statischen Druck Pfsp des Ventilators, der den Block 515 verläßt, zusammen mit den gespeicherten Werten eines Drucksollwertes (Pfsp) und eines Durchflußsollwertes (Qfsp) der Luft am Ausgang des Ventilators 203, sowie eines Steuersignals (Y'f) des Ventilators, um, wie für einen Durchflußsollwert Qfsp des Ventilators und einen Drucksollwert Pfsp des Ventilators erforderlich, das votwärtsregelungs-Steuersignal 519 zu erzeugen. Wiederum wird die Gleichung (8) des oben beschriebenen GRNN- Modells verwendet, worin

(X) - das Vorwärtsregelungs-Steuersignal Y als eine Funktion von X ist,

Di² = (X - Xi)T (X - Xi),

X = die gewünschten (Vorwärts)-Werte von Pfsp und Qfsp,

Xi = die gespeicherten (vergangenen) Werte von Pfsp und Qfsp,

Y' = der gespeicherte (vergangene) Wert Y'f des Steuersignals Y, und

o = die Breite für dieselbe Wahrscheinlichkeit.

Das Einsetzen dieser Werte in die Gleichung (8) liefert das Vorwärtsregelungs-Steuersignal Y, das vom Block 518 über die Leitung 519 ausgegeben wird.

In der bevorzugten Ausführungsform ist der lokale Regler 224 ein modifizierter Endeinrichtungsregler (Terminal Equipment Controller - TEC) aus der System 600-Reglerfamilie, die von Landis & Gyr Powers hergestellt wird. Der TEC der System-600- Reglerfamilie ist im Handel erhältlich und ausführlich dokumen tiert. Das Benutzerreferenzhandbuch, Artikel Nr. 125-1940 für den TEC der System-600-Reglerfamilie ist hierin ausdrücklich durch Bezugnahme eingeschlossen. Ebenfalls in der bevorzugten Ausführungsform ist der Quellenregler 236 ein modifizierter Modular-Gebäude-Regler (Modular Building Controller - MBC) aus der Familie des System-600-Reglers. Der MBC der System-600-Reglerfamilie ist im Handel erhältlich und ausführlich dokumentiert. Das Benutzerreferenzhandbuch, Artikel Nr. 125-1992 für den MBC der System-600-Reglerfamilie ist durch Bezugnahme ausdrücklich hierin eingeschlossen. Die Änderungen, die erforderlich sind, um den TEC und den MBC der System-600-Reglerfamilie zu implementieren, ist die Zunahme des Identifizierungsverfahrens 306, des Vorwärtsregelungsverfahrens 403 oder 503 und des Datenaustauschs zwischen dem lokalen Regler 224 und dem Quellenregler 236, die jeweils hierin beschrieben wurden.

Während verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindungen gezeigt und beschrieben wurden, sollte es verständlich sein, daß verschiedene Alternativen, Substitutionen und Äquivalente verwendet werden können. Zum Beispiel können in einer anderen Ausführungsform, in der eine adäquate Korrelation zwischen den berechneten Variablen und den gemessenen Variablen existiert, die Rückkopplungsverfahren 420 und 520 vollständig weggelassen werden. In dieser Ausführungsform werden nur das Identifizierungsverfahren 306 und die Vorwärtsregelungsverfahren 403 oder 503 benötigt, um das Steuersignal zu erzeugen, damit die gewünschte Komponente gesteuert wird.

Verschiedene Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden. Dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.


Anspruch[de]

1. Ein Steuersystem zur Verwendung in einem Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungs-Fluidverteilungssystem, wobei das Steuersystem folgendes umfaßt:

ein Mittel (219) zum Messen eines Fluiddrucks in der Nähe einer lokalen Komponente (221);

ein Mittel (218) zum Messen eines Fluidflusses in der Nähe der lokalen Komponente (221);

einen lokalen Regler (224), um einen Durchflußsollwert zu bestimmen, der aus einer innerhalb des lokalen Reglers (224) befindlichen Temperatur-Regelschleife berechnet wird, und um die lokale Komponente (221) auf der Grundlage des bestimmten Durchflußsollwerts zu steuern; und

einen Quellenregler (236), um eine Quellenkomponente (203) des Fluids teilweise auf der Grundlage von Eingaben zu steuern, die mit dem bestimmten Durchflußsollwert und dem gemessenen Druck und Durchfluß in der Nähe der lokalen Komponente (221) in Zusammenhang stehen.

2. Das Steuersystem nach Anspruch 1, worin der Quellenregler (236) die Eingabe aus einer Mehrzahl von lokalen Reglern (224) annimmt.

3. Das Steuersystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, worin der lokale Regler (224) eine Dose mit veränderlicher Luftmenge steuert.

4. Das Steuersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-3, das weiterhin folgendes umfaßt: ein Mittel (209) zum Messen eines Fluiddrucks in der Nähe der Quellenkomponente (203); und ein Mittel (208) zum Messen eines Fluidflusses in der Nähe der Quellenkomponente (203).

5. Das Steuersystem nach Anspruch 4, worin der Quellenregler (236) die Quellenkomponente (203) zusätzlich auf der Grundlage von Eingaben steuert, die den gemessenen Druck und Durchfluß in der Nähe der Quellenkomponente (203) betreffen.

6. Das Steuersystem nach Anspruch 5, worin der Quellenregler (236) einen Fluidfluß-Gesamtbedarf und einen Quellenkomponenten-Drucksollwertbedarf auf der Grundlage von Eingaben berechnet, die den gemessenen Druck und Durchfluß in der Nähe der Quellenkomponente (203) und den bestimmten Durchflußsollwert betreffen.

7. Das Steuersystem nach Anspruch 6, worin der Quellenregler (236) ein Steuersignal zur Verwendung beim Steuern der Quellenkomponente (203) des Fluids auf der Grundlage des berechneten Fluidfluß-Gesamtbedarfs und Quellenkomponenten-Drucksollwertbedarfs erzeugt.

8. Das Steuersystem nach den Ansprüchen 6 oder 7, worin der lokale Regler (221) die Eingaben aus dem Quellenregler (236) annimmt, die den Quellenkomponenten-Drucksollwertbedarf betreffen.

9. Das Steuersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-8, worin der lokale Regler (221) folgendes umfaßt:

ein Vorwärtsregelungsmittel (403, 503) zum Erzeugen eines Vorwärtsregelungs-Steuersignals auf der Grundlage der identifizierten Merkmale der Komponente (203, 226) und der berechneten Systemvariablen;

ein Rückkopplungsmittel (420, 520) zum Erzeugen eines Rückkopplungs-Steuersignals auf der Grundlage der gemessenen Systemvariablen; und

ein Mittel (438) zum Verbinden des Vorwärtsregelungs- Steuersignals und des Rückkopplungssignals, um die Steuerung der lokalen Komponente zu verwirklichen.

10. Der Regler nach Anspruch 9, worin das Vorwärtsregelungsmittel (403, 503) vom Quellenregler (236) eine Systemvariable empfängt, die eine Ausgabe einer Quellenkomponente (203) betrifft.

11. Der Regler nach Anspruch 10-, worin die Systemvariable weiterhin einen statischen Drucksollwert Pfsp am Ausgang der Quellenkomponente (203) umfaßt.

12. Der Regler nach einem oder mehreren der Ansprüche 9-11, worin das Rückkopplungsmittel (420, 520) auf der Grundlage der gemessenen Systemvariablen einen Proportional-Integral-Differential-Regelkreis implementiert, um das Rückkopplungs-Steuersignal zu erzeugen.







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