变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法及系统，包括：将变风量中央空调系统分解为多个子系统；对各子系统建立数学模型；将各子系统的数学模型离散化，建立预测模型；基于预测模型确定各子系统的最优化目标函数；基于事件触发机制及最优化目标函数得到最优控制变量，基于控制变量完成对变风量中央空调系统的控制。央空调系统的控制。央空调系统的控制。

【技术实现步骤摘要】
变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法及系统


[0001]本专利技术属于空调系统的控制与优化
，尤其涉及变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法及系统。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]节能成为智能建筑的新目标，而空调能耗占建筑能耗的40％以上，因此空调系统的控制与优化被认为是智能建筑节能的关键。
[0004]考虑到节能，变风量中央空调系统成为了各类大型建筑空调系统的主流。变风量中央空调系统以末端变风量方式应对多个区域负荷变化，进而变频调节系统风量，节省风机动力能耗，并且区域温度控制更加稳定、灵活。变风量中央空调系统由多个强耦合子系统组成，其控制过程为复杂的多变量耦合控制问题。模型预测控制(MPC)是处理多变量耦合系统最有效的控制方法之一，已成功应用到变风量中央空调系统中。
[0005]模型预测控制(MPC)为一种楼宇自动化优化控制技术。大型建筑变风量中央空调系统规模较大，子系统多，传统的集中式MPC涉及的高维滚动时域优化问题求解会耗费大量的时间，导致控制不及时，节能效果不佳。可见，集中式MPC不适合大型建筑变风量中央空调系统的优化控制。分布式MPC中，将复杂的大规模系统分成若干个分布式子系统，并配置多个分布式MPC控制器，每个控制器作用于一个特定的子系统来进行最优控制，减少了系统控制问题的复杂度，降低了计算负担。但现有的大型建筑空调系统的分布式预测控制多为时间触发，最优问题求解次数过多，系统计算量仍然较大。
[0006]具体的，典型的MPC控制器采用时间触发控制机制，无论是否有必要，都会在每个控制周期性地进行信息通讯与优化问题求解。然而大型建筑变风量中央空调系统负荷变化较缓慢，室内舒适度的区间也较宽，不需要进行频繁的调节控制中央空调系统，可见时间触发控制机制在不需要进行优化的时候进行优化问题求解，这无异于加重了计算以及通讯的负担，阻碍了模型预测控制在计算能力有限的变风量中央空调系统上的应用。

技术实现思路

[0007]为克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法，构建用于子系统MPC控制器更新的触发机制，提出新的基于输出超调量的触发条件，考虑了系统的动态性能，提高了控制的平稳性。消除控制优化问题的不必要更新，大大降低了计算复杂度，有效减少解决优化问题的次数，同时使输出性能几乎不受影响。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的一个或多个实施例提供了如下技术方案：
[0009]第一方面，公开了变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法，包括：
[0010]将变风量中央空调系统分解为多个子系统；
[0011]对各子系统建立数学模型；
[0012]将各子系统的数学模型离散化，建立预测模型；
[0013]基于预测模型确定各子系统的最优化目标函数；
[0014]基于事件触发机制判断触发时刻、求解最优化目标函数得到最优控制变量，基于最优控制变量完成对变风量中央空调系统的控制，具体包括：
[0015]对房间送风量的调节，以进行室内室温的维持；
[0016]通过与各变风量系统信息交互后进行相关预测计算，得到送风温度设定值以及系统静压，相应的对冷冻水流量和风机转速进行调节，以进行送风温度和总送风量的控制；
[0017]通过对回风管道回风阀开度的调节，对新风量进行控制，以进行室内空气质量的维持。
[0018]作为进一步的技术方案，所述各子系统包括送风温度控制回路、总送风量控制回路、新风量控制回路及室内温度控制回路；
[0019]所述各子系统对应的输入量分别为：冷冻水流量、风机转速、新风量、房间送风量；
[0020]各子系统对应的输出量分别为：送风温度、静压点静压、二氧化碳浓度、房间室内温度。
[0021]作为进一步的技术方案，所述室内温度控制回路，房间p热力学模型为：
[0022][0023]其中，M
r,p
为房间p空气质量，C
r,p
为房间p空气的比热容，θ
r,p
为房间p室内温度，G
a,p
为房间p送风流量，C
a
为送风空气比热容，θ
s
为送风温度，θ
a,f
为新风温度，Q
room,p
为房间p设备及人等产生的热负荷，R
p
为房间p环境热阻。
[0024]作为进一步的技术方案，所述事件触发机制：
[0025]定义第i个系统控制过程中控制器解决优化问题的时间瞬间对应的序列，记此时的系统输出为第一输出；
[0026]将此后的系统输出与第一输出进行比较，将超调量定义为二者之间的误差；
[0027]基于误差利用判断逻辑对事件的真假进行评估，获取下一优化时刻的表示。
[0028]作为进一步的技术方案，对事件的真假进行评估时，事件为假的时刻计算最优控制序列将该序列的第一个元素应用到系统中来进行控制子系统的调节。
[0029]作为进一步的技术方案，对事件的真假进行评估时，事件为真的时刻直接取最后一个触发时刻的输入来进行控制子系统的调节。
[0030]作为进一步的技术方案，基于事件触发机制对最优化目标函数求解得到最优控制变量，具体：
[0031]在k时刻，当房间p温度设定值发生变化或由于扰动使得室温发生变化的时候，室内温度控制回路检测到输出温度的变化，当变化满足事件触发条件时，房间p室内温度控制回路进行优化问题的求解，进行滚动优化寻找最优的控制变量，将其第一个元素作用到间p室内温度控制回路，当变化不满足事件触发条件时，房间p室内温度控制回路不进行优化控制，控制器直接取最后一个触发时刻的输入。
[0032]作为进一步的技术方案，基于事件触发机制对最优化目标函数求解得到最优控制
变量，还包括：
[0033]室内温度控制回路通过改变房间p的送风量来控制室温送风量的变化会影响静压点静压的变化，此时中央变频空调机组的总送风量控制系统与房间末端变风量系统进行信息交互，检测静压点静压变化，若静压变化不满足事件触发条件，总送风量控制回路不进行优化控制，控制器直接取最后一个触发时刻的输入；
[0034]当各个房间送风量变化到一定程度时，静压点静压的变化满足事件触发条件，总送风量控制回路进行优化问题的求解，进行滚动优化寻找最优的控制变量，将其第一个元素作用到总送风量控制回路。
[0035]作为进一步的技术方案，基于事件触发机制对最优化目标函数求解得到最优控制变量，还包括：
[0036]当多个房间温度设定值都发生一定变化时，送风温度将不再满足控制需求，这时中央变频空调机组的送风温度控制回路与房间末端变风量系统进行信息交互，经过计算得到新的送风温度设定值，送风温度控制回路进行优化问题的求解，进行滚动优化寻找最优的控制变量，将其第一个元素作用到送风温度控制回路。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法，其特征是，包括：将变风量中央空调系统分解为多个子系统；对各子系统建立数学模型；将各子系统的数学模型离散化，建立预测模型；基于预测模型确定各子系统的最优化目标函数；基于事件触发机制判断触发时刻、求解最优化目标函数得到最优控制变量，基于最优控制变量完成对变风量中央空调系统的控制，具体包括：对房间送风量的调节，以进行室内室温的维持；通过与各变风量系统信息交互后进行相关预测计算，得到送风温度设定值以及系统静压，相应的对冷冻水流量和风机转速进行调节，以进行送风温度和总送风量的控制；通过对回风管道回风阀开度的调节，对新风量进行控制，以进行室内空气质量的维持。2.如权利要求1所述的变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法，其特征是，所述各子系统包括送风温度控制回路、总送风量控制回路、新风量控制回路及室内温度控制回路；所述各子系统对应的输入量分别为：冷冻水流量、风机转速、新风量、房间送风量；各子系统对应的输出量分别为：送风温度、静压点静压、二氧化碳浓度、房间室内温度。3.如权利要求1所述的变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法，其特征是，所述事件触发机制：定义第i个系统控制过程中控制器解决优化问题的时间瞬间对应的序列，记此时的系统输出为第一输出；将此后的系统输出与第一输出进行比较，将超调量定义为二者之间的误差；基于误差利用判断逻辑对事件的真假进行评估，获取下一优化时刻的表示。4.如权利要求1所述的变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法，其特征是，对事件的真假进行评估时，事件为假的时刻计算最优控制序列将该序列的第一个元素应用到系统中来进行控制子系统的调节。5.如权利要求1所述的变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法，其特征是，对事件的真假进行评估时，事件为真的时刻直接取最后一个触发时刻的输入来进行控制子系统的调节。6.如权利要求1所述的变风量中央空调系统分布式事件触发控制方法，其特征是，基于事件触发机制对最优化目标函数求解得到最优控制变量，具体：在k时刻，当房间p温度设定值发生变化或由于扰动使得室温发生变化的时候，室内温度控制回路检测到输出温度的变化，当变化满足事件触发条件时，房间p室内温度控制回路进行优化问题的求解，进行滚动优化寻找最优的控制变量，将其第一个元素作用到间p室内温度控制回路，当变化不满足事件触发条件时，房间p室内温度控制回路不进行优化控制，控制器直接取最后一个触发时刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新立，刘一诺，尹晓红，贾磊，王雷，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：