[發(fā)明專利]基于模型降階和多模型預(yù)測(cè)控制的室內(nèi)熱環(huán)境控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410199657.5
• 申請(qǐng)日: 2014-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN103995548A
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛文平;李康吉;劉國(guó)海
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D23/19
• 分類號(hào): G05D23/19
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 汪旭東

1.基于模型降階和多模型預(yù)測(cè)控制的室內(nèi)熱環(huán)境控制方法，具體包括如下步驟：

（1）建立基于CFD的室內(nèi)熱環(huán)境動(dòng)態(tài)模型；

（2）對(duì)室內(nèi)用戶區(qū)域的溫度變化區(qū)間進(jìn)行合理分段；

（3）對(duì)熱環(huán)境模型離散化并通過模型降階技術(shù)在步驟（2）中每段溫度區(qū)間的平衡態(tài)處進(jìn)行模型重構(gòu)，構(gòu)造出低階線性多模型形式的室內(nèi)熱環(huán)境模型；

（4）運(yùn)用優(yōu)化算法合理選擇多模型切換時(shí)間；

（5）對(duì)多模型形式的室內(nèi)熱環(huán)境運(yùn)用預(yù)測(cè)控制方法進(jìn)行用戶區(qū)域溫度的精確控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型降階和多模型預(yù)測(cè)控制的室內(nèi)熱環(huán)境控制方法，其特征在于：步驟（1）中，所述室內(nèi)熱環(huán)境動(dòng)態(tài)模型的建立步驟如下：

（1）利用Fluent軟件建立房間圍護(hù)的二維幾何模型，確定空調(diào)送風(fēng)口和回風(fēng)口的位置與尺寸；

（2）對(duì)建立的房間模型劃分網(wǎng)格；

（3）固定空調(diào)送風(fēng)速度，耦合求解質(zhì)量、動(dòng)量及能量方程的瞬態(tài)解，得到室內(nèi)用戶區(qū)域的溫度變化曲線。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型降階和多模型預(yù)測(cè)控制的室內(nèi)熱環(huán)境控制方法，其特征在于：步驟（2）中，所述室內(nèi)用戶區(qū)域的溫度變化區(qū)間分段方法采用均分法。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型降階和多模型預(yù)測(cè)控制的室內(nèi)熱環(huán)境控制方法，其特征在于：步驟（3）中，所述熱環(huán)境模型的離散化方法采用有限體積法；所述模型降階技術(shù)采用POD-Galerkin?方法；所述每段溫度區(qū)間的后端點(diǎn)值選取為對(duì)應(yīng)平衡態(tài)的輸出溫度值。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于模型降階和多模型預(yù)測(cè)控制的室內(nèi)熱環(huán)境控制方法，其特征在于：所述POD-Galerkin模型降階方法的基本步驟如下：

（1）在CFD動(dòng)態(tài)仿真過程中，利用快照方式截取???????????????????????????????????????????????個(gè)代表性溫度場(chǎng)并組成矩陣：

，

這里維的矩陣由代表性溫度場(chǎng)組成，是房間內(nèi)網(wǎng)格點(diǎn)總數(shù)，是快照次數(shù)；為的轉(zhuǎn)置；

（2）利用特征值方程求解矩陣的特征值和特征向量；

（3）選擇合適的截?cái)嘀担沟们皞€(gè)特征值包含的系統(tǒng)動(dòng)能占比大于99%，這里表示為：

，

（4）將任意時(shí)刻溫度場(chǎng)用個(gè)POD模式的線性組合描述為：

，

這里表示時(shí)刻溫度場(chǎng)，表示POD模式系數(shù)；

（5）運(yùn)用Galerkin映射法，將離散化的動(dòng)態(tài)能量方程映射到個(gè)POD模式張成的子空間上，從而將維的高階溫度場(chǎng)方程降階為個(gè)關(guān)于POD模式系數(shù)的差分方程。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型降階和多模型預(yù)測(cè)控制的室內(nèi)熱環(huán)境控制方法，其特征在于：步驟（4）中，所述用于選擇多模型切換時(shí)間的優(yōu)化算法可表述為下式：

，

其中，為需要優(yōu)化的模型切換時(shí)間，為期望溫度變化軌跡，為各段溫度區(qū)間內(nèi)的實(shí)際溫度軌跡。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于模型降階和多模型預(yù)測(cè)控制的室內(nèi)熱環(huán)境控制方法，其特征在于：所述優(yōu)化算法的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

（1）運(yùn)用Matlab仿真軟件對(duì)相鄰兩個(gè)線性熱環(huán)境子模型同時(shí)進(jìn)行溫度預(yù)測(cè)控制；

（2）計(jì)算兩個(gè)相鄰子模型的輸出誤差，即：

，

其中，下標(biāo)表示當(dāng)前模型，下標(biāo)表示下一個(gè)模型；

（3）持續(xù)比較相鄰兩個(gè)子模型的輸出誤差，當(dāng)在時(shí)刻開始大于，表示下一個(gè)子模型比當(dāng)前子模型開始更匹配真實(shí)熱環(huán)境，即為相鄰兩模型合適的切換時(shí)間；

（4）將下一個(gè)模型更新為當(dāng)前模型，重復(fù)步驟（1）至（3）直至完成所有模型切換時(shí)間的選擇。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模型降階和多模型預(yù)測(cè)控制的室內(nèi)熱環(huán)境控制方法，其特征在于：步驟（5）中，由于各個(gè)子模型重構(gòu)為低階的線性模型，所述用戶區(qū)域溫度的精確控制采用經(jīng)典模型預(yù)測(cè)控制算法。