[发明专利]一种通信机房温度模型预测控制方法和系统

说明书

本发明公开了一种通信机房温度模型预测控制方法和系统，方法包括：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；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；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；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。本发明方法能够有效地建立通信机房温度的数学模型，并具有良好的控制品质。

技术领域

本发明属于节能领域，更具体地，涉及一种通信机房温度模型预测控制方法和系统。

背景技术

随着大数据时代的到来，各大电信企业和IT企业都建立起规模较大的通信机房，为保持通信机房温度恒定，空调往往工作在长时间定温制冷模式，造成了能源的极大浪费，增加了企业的成本。因此，优化通信机房温度的控制方法会给社会和企业带来巨大效益。

研究通信机房室温的控制方法，需要采集大量实时温度数据，以建立机房温度的数学模型。该方法需要在室内布置大量的传感器等硬件设施，这在实际中实施困难。并且室温具有滞后性，很难采集到精确的数据。同时，通信机房温度控制方法主要采用传统的PID控制，存在超调量大、响应速度慢等缺点。

由此可见，现有技术存在通信机房温度数学模型建立困难、传统控制方法控制品质差的技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种通信机房温度模型预测控制方法和系统，由此解决现有技术存在通信机房温度数学模型建立困难、传统控制方法控制品质差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种通信机房温度模型预测控制方法，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

进一步的，目标函数J(k)为：