[发明专利]一种通信机房温度模型预测控制方法和系统

权利要求书

1.一种通信机房温度模型预测控制方法，其特征在于，包括：

(1)根据通信机房的边界条件，利用CFD建立通信机房温度场三维模型；

(2)利用通信机房温度场三维模型依次进行稳态和瞬态模拟求解，得到输入输出温度的单位阶跃响应数据；

(3)根据输入输出温度的单位阶跃响应数据，通过系统辨识得到通信机房温度的数学模型，将通信机房温度的数学模型作为模型预测控制器的预测模型传递函数；

(4)根据预测输出和参考轨迹的误差得到模型预测控制器的目标函数，模型预测控制器采用滚动优化使目标函数的预测输出和参考轨迹的误差最小，生成控制量，利用控制量进行通信机房温度控制；

所述步骤(2)的具体实现方式为：

基于通信机房温度场三维模型设置边界条件，利用标准的k-ε湍流模型进行稳态求解，得到平衡后机房内的温度场，将平衡后机房内的温度场作为瞬态求解的初始条件，然后改变边界条件进行瞬态求解得到输入输出温度的单位阶跃响应数据；

所述步骤(3)的具体实现方式为：

利用最小二乘法进行系统辨识，分别使用ARX、ARMAX、一阶滞后系统、二阶滞后系统对输入输出温度的单位阶跃响应数据进行拟合，选取拟合度最高的二阶滞后系统作为通信机房温度的数学模型，将通信机房温度的数学模型作为模型预测控制器的预测模型传递函数；

所述目标函数J(k)为：

其中，为k时刻对k+j时刻的输出预测；y_r(k+j)为参考轨迹；λ₁为输出误差加权系数；λ₂为控制加权系数；N_p为预测时域长度；N_c为控制时域长度，N_p＞N_c；Δu(k+j-1)为k时刻的未来控制输入增量。

2.如权利要求1所述的一种通信机房温度模型预测控制方法，其特征在于，所述边界条件包括空调的出风口温度、空调的送风速度、机架的热通量、墙壁的热通量。

3.一种通信机房温度模型预测控制系统，其特征在于，包括：

温度场三维模型建立模块，用于根据通信机房的边界条件，利用CFD建立通信机房温度场三维模型；

稳态和瞬态模拟求解模块，用于利用通信机房温度场三维模型依次进行稳态和瞬态模拟求解，得到输入输出温度的单位阶跃响应数据；

系统辨识模块，用于根据输入输出温度的单位阶跃响应数据，通过系统辨识得到通信机房温度的数学模型，将通信机房温度的数学模型作为模型预测控制器的预测模型传递函数；

模型预测控制器设计模块，用于根据预测输出和参考轨迹的误差得到模型预测控制器的目标函数，模型预测控制器采用滚动优化使目标函数的预测输出和参考轨迹的误差最小，得到控制量，利用控制量进行通信机房温度控制；

所述稳态和瞬态模拟求解模块包括稳态模拟求解模块和瞬态模拟求解模块，

稳态模拟求解模块，用于基于通信机房温度场三维模型设置边界条件，利用标准的k-ε湍流模型进行稳态求解，得到平衡后机房内的温度场，

瞬态模拟求解模块，用于将平衡后机房内的温度场作为瞬态求解的初始条件，然后改变边界条件进行瞬态求解得到输入输出温度的单位阶跃响应数据；

所述系统辨识模块包括曲线拟合对比模块和数学模型选取模块，

曲线拟合对比模块，用于利用最小二乘法进行系统辨识，分别使用ARX、ARMAX、一阶滞后系统、二阶滞后系统对输入输出温度的单位阶跃响应数据进行拟合，

数学模型选取模块，用于选取拟合度最高的二阶滞后系统作为通信机房温度的数学模型；

所述目标函数J(k)为：

其中，为k时刻对k+j时刻的输出预测；y_r(k+j)为参考轨迹；λ₁为输出误差加权系数；λ₂为控制加权系数；N_p为预测时域长度；N_c为控制时域长度，N_p＞N_c；Δu(k+j-1)为k时刻的未来控制输入增量。

4.如权利要求3所述的一种通信机房温度模型预测控制系统，其特征在于，所述边界条件包括空调的出风口温度、空调的送风速度、机架的热通量、墙壁的热通量。