[发明专利]用于开/关系统的极值搜索控制系统

说明书

一种开/关系统通过在开启状态与关闭状态之间切换来运行以影响建筑物的可变状态或条件。一种极值搜索控制器通过向所述开/关系统提供具有占空比的脉宽调制(PWM)控制信号来操作所述开/关系统。所述极值搜索控制器被配置用于通过以下操作来生成所述PWM控制信号：接收性能变量作为来自所述开/关系统的反馈；提取所述性能变量相对于所述占空比的梯度；使用极值搜索控制技术调制所述占空比，以确定使所述梯度趋向于零的所述占空比的最佳值；以及生成所述PWM控制信号，使得所述PWM控制信号的每个周期具有与所述占空比成比例的脉冲宽度。

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2018年8月21日提交的美国专利申请号16/107,628的权益和优先权，所述美国专利申请的全部披露内容通过引用并入本文。

背景技术

本披露总体上涉及极值搜索控制(ESC)系统。ESC是可以动态地搜寻系统的未知和/或时变输入以优化某个性能指数的一类自优化控制策略。ESC可以被认为是对通过使用抖动信号进行梯度搜寻的动态实现。系统输出y相对于系统输入u的梯度可以通过稍微扰动系统操作并施加解调措施来获得。系统性能的优化可以通过在闭环系统中使用负反馈环路使梯度趋向于零来获得。ESC是非基于模型的控制策略，意味着ESC不需要受控系统的模型来优化所述系统。

ESC通常被应用于具有可在一系列操作中被连续调整的变量的系统。在这样的应用中，ESC通过用抖动信号扰动变量来工作。然后根据来自系统的连续反馈在变量的范围内连续地操纵变量，以便实现期望的函数最大值或函数最小值。例如，在可能期望最小化成本函数的同时，可能期望最大化效率函数。

在双位置(two-position)系统的情况下，仍然可能期望使变量趋向极值以最大化或最小化函数。与通常与ESC一起使用的系统相反，在双位置系统中，在连续操作范围内没有可被调整的变量。在将ESC应用于双位置系统时，可以操纵在系统的两种可能状态(开/关、打开关闭等)下花费的时间，以便使变量趋向极值，所述极值是最大值或最小值。确定双位置系统的最佳操作条件的困难在于：所述最佳操作条件可能存在于极端条件之一处、或者也可能存在于极端条件之间的某处。因此，为了将ESC应用于双位置系统，必须找到与用于具有可在一定操作范围内被连续调整的变量的系统不同的、用于双位置系统的最佳操作条件。

发明内容

本披露内容的一个实施方式是一种用于开/关系统的极值搜索控制器。所述系统包括开/关系统，所述开/关系统通过在开启状态与关闭状态之间切换可操作以影响建筑物的可变状态或条件。所述系统还包括控制器，所述控制器被配置用于通过向所述开/关系统提供具有占空比的脉宽调制(PWM)控制信号，其中所述PWM控制信号使所述开/关系统运行以影响所述建筑物的所述可变状态或条件。所述控制器被配置用于：接收性能变量作为来自所述开/关系统的反馈；提取所述性能变量相对于所述占空比的梯度；使用极值搜索控制技术调制所述占空比，以确定使所述梯度趋向于零的所述占空比的最佳值；以及生成所述PWM控制信号，使得所述PWM控制信号的每个周期具有与所述占空比成比例的脉冲宽度。

在一些实施例中，所述控制器包括一个或多个滤波器，所述一个或多个滤波器被配置用于在所述控制器提取所述性能变量相对于所述占空比的所述梯度之前处理来自所述开/关系统的所述性能变量反馈。在某些实施例中，所述PWM控制信号的周期由用户定义。此外，在一些实施例中，所述生成的PWM控制信号是脉冲串，其中，所述脉冲串中的每个脉冲具有恒定的幅度。

在一些实施例中，所述脉冲串的脉冲宽度由输入信号确定，使得所述占空比的值将等于脉冲占据的循环周期的百分比。在某些实施例中，所述控制器被配置用于：标识由于调制所述占空比以使所述梯度趋向于零而导致的所述占空比的变化；以及更新所述脉冲宽度，使得在所述占空比的所述变化之后，所述脉冲宽度与所述占空比维持成比例。