[發明專利]一種基于區間模糊的暖通空調節能預測控制方法

有效

• 申請號: 202011562905.X
• 申請日: 2020-12-25
• 公開（公告）號: CN112650061B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 陳勇;喬振勇;潘成偉;劉越智
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;四川省建筑科學研究院有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于區間模糊的暖通空調節能預測控制方法，其特征在于，包括單個房間的暖通空調系統建模、基于區間模糊的干擾預測和條件約束分析、優化目標函數的建立、優化問題的求解，具體為：

(1)、單個房間的暖通空調系統建模：考慮由空氣處理機組(AHU)和包含多個變風量箱(VAV)組成的風扇來控制熱區網絡的風力溫度和流速的單個房間暖通空調系統模型；設系統采樣時間為Δ，供給房間的空氣溫度T_s受到由AHU產生的冷卻溫差ΔT_c和VAV控制的加熱溫差^ΔT_c的控制，空氣再循環率δ為一個常數，空氣質量流量表示為

根據其電氣特性可以建立如下的暖通空調電氣模型：則該暖通空調系統的單個房間的控制系統狀態空間模型為：x_k+1＝A_kx_k+B_ku_k+Dω_k，其中狀態變量的選取為x_k＝[T_1,k T_2,k]^T，外界擾動表示為ω_k＝[T_a,k P_d,k]^T，T_a和P_d為環境溫度和內部負，空調系統供給房間的溫度可控制方程可以表示為：T_s＝δT₁+(1-δ)T_a-ΔT_c+ΔT_h，暖通空調系統系統的功率消耗表示為：

(2)、基于區間模糊的干擾預測和條件約束分析：考慮到系統輸入為空氣流量和控制溫差，受到供給系統的能源限制而存在一定的約束，即有u_k≤1，由于系統狀態為環境溫度，考慮到人生存環境的溫度處在一定的區間內，且也要保證室內溫度盡可能的舒適，存在常數矩陣H，對系統狀態有如下約束：Hx_k≤1，系統外界擾動是由環境溫度和內部負載組成，存在常數矩陣G，由于溫度和能量的約束Gu_k≤1，外界擾動具有上下界其中ω_k,分別表示干擾的上界和下界，由于外界擾動一般情況下是不可測，首先，利用一個模糊模型來對其進行估計：其中為模糊模型輸入矩陣，η_k,l表示模糊模型的隸屬度，是預測模型的單個回歸函數，為回歸向量，θ_l為預測參數向量，模型輸出值也即是外界擾動的估計方差可以表示為：其中為模糊模型估計的誤差協方差，即Φ_l為具有一定時間序列下的回歸向量，定義為Φ_l＝[ψ_1,l ψ_1,l…ψ_M,l]，從而得到外界擾動的模糊預測結果為其中γ_k,j為校正參數，也即有：

(3)由預測模型分析根據系統模型，得到系統的預測模型為：考慮到在預測過程中，系統真實狀態值并未直接用于對目標函數的優化中，因此令表示預測誤差，對于一個穩定的控制系統，存在常數矩陣F，要使得預測誤差有界，則令：Fe_j|k≤ρ_k+j，其中ρ_k+j表示相應時刻預測誤差上界，表示當前時刻最壞的預測結果偏差值，則有相應時刻的預測偏差最大值表示為h_j＝maxe_j|k，而預測偏差的產生主要來自于系統外界干擾的不確定性變量，因此可以得到最差的預測誤差值滿足：其中就是由于區間模糊預測過程產生的干擾估計最大誤差，即從而可以將約束條件轉換為：為了實現對暖通空調系統系統溫度的準確控制和節能目標，首先設計預測控制優化目標如下：為了能夠實現模型預測過程中的反饋自校正，可以在上式表示的節能溫度控制優化目標的基礎上對系統的估計誤差進行校正，設計目標函數為：其中λ_k表示預測誤差優化權重，z_k表示輸出預測與干擾預測矩陣，即綜合前述系統變量約束分析和目標函數的討論，可以得到如下的模型預測優化問題：

Gu_j+1|k≤1

h₀＝Dγ_k,0I^TS(ω_k)

從而可以得到區間模糊預測控制輸入值。