[发明专利]基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法

权利要求书

1.基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：预设期望室温；

步骤二：将期望室温与实际室温相比较，计算两者温度偏差；

步骤三：将温度偏差输入模糊自适应PID控制器，计算得出末端风阀开度的PID参数增量，输出校正后的末端风阀开度；

步骤四：利用延时环节将模糊自适应PID控制器末端风阀开度与上一时刻的末端风阀开度相减，得到末端风阀开度的变化量；

步骤五：通过末端风阀开度变化量利用预测控制算法得出末端风阀实际开度，并使得空调房间温度维持在设定值。

2.根据权利要求1所述的基于模糊PID与预测控制算法的变风量室温控制方法，其特征在于，所述预测控制算法包括如下步骤：

步骤101：构建某一时刻实际室温与末端风阀开度变化量的动态响应模型：y(k)=aiΔu(k-i)1≤i<papΔu(k-i)i≥p,]]>其中：y(k)表示k时刻的实际室温，Δu(k-i)表示k-i时刻末端风阀开度变化量，Δu(k-i)＝u(k-i)-u(k-i-1)，a₁,a₂,a₃,…，a_p为描述系统动态特性的动态系数，p表示预测控制的时域长度；

步骤102：根据动态响应模型推导得出实际室温的n步预估计算公式：其中，为当前时刻末端风阀开度变化量对室温的n步预估值；A为由动态系数构成的动态特性矩阵；n为最大预测步长，n<p；Y₀为过去时刻末端风阀开度变化量对室温n步预估初值；ΔU为末端风阀开度变化量的矩阵表示；

步骤103：采用滚动优化策略求取ΔU：

确定代价函数：J=Σj=1n[y(k+j)-w(k+j)]2+Σj=1nλ(j)[Δu(k+j-1)]2,]]>取加权系数λ(j)为常数λ，y(k+j)为k+j时刻的实际室温，w(k+j)为k+j时刻的期望室温；

若令W＝[w(k+1),w(k+2),…,w(k+n)]^T，则代价函数表示为：

J＝(Y-W)^T(Y-W)+λΔU^TΔU；

k+j时刻期望室温w(k+j)可表示为：

w(k+j)＝b^jy(k)+(1-b^j)y_r；

其中：y(k)为k时刻的实际室温，y_r为预设期望室温，b为柔化系数，其取值范围为0<b<1；

令并令则可得：

ΔU＝(A^TA+λI)^-1A^T(W-Y₀)

每次只采用ΔU中的第一个值付诸实施，则k时刻末端风阀开度变化量：

Δu(k)＝C^T(A^TA+λI)^-1A^T(W-Y₀)＝d^T(W-Y₀)

式中：C^T＝[1,0,…,0]，d^T＝C^T(A^TA+λI)^-1A^T；

若矩阵A和λ都已确定的情况下，d^T可在离线情况下解出，从而求得末端风阀开度变化量；

步骤104：误差校正：k+1时刻，实际室温y(k+1)与预估室温之间的偏差用此误差加权修正对未来时刻室温进行预测：

Y~p=(aΔu(k)+Yp0)+hr(k+1)=Y^p+hr(k+1)]]>

式中，为t＝(k+1)T时刻经过误差修正后所预估的室温，Y_p0＝[y₀(k+1),y₀(k+2),…,y₀(k+p)]^T表示在t＝KT时刻预测的无Δu(k)作用时的未来p个时刻所预估的室温，a＝[a₁,a₂,…,a_p]^T，h＝[h₁,h₂,…,h_p]^T为误差校正矢量，h₁＝1，T为室温采样周期；

经过校正后的作为下一时刻的预估初值，令p-1)，从而求得下一时刻的预估初值：

y0(k+i+1)=y^(k+i)+hi+1r(k+i),(i=1,2,3...,p-1)y0(k+p+1)=y^(k+p)+hpr(k+p).]]>