[发明专利]一种适用于多区暖通空调的分布式自适应温度预测控制方法

权利要求书

1.一种适用于多区暖通空调的分布式自适应温度预测控制方法，其特征在于，包括：暖通空调的多区域温度建模、状态预测模型和干扰预测模型设计，分布式自适应温度预测最优控制器设计及闭环系统稳定性证明；

所述暖通空调的多区域温度建模为：考虑的暖通空调的多区域温度状态空间模型是基于一个由多个区域，即子系统组成的大系统，充分考虑各区域外部环境与内部环境的热量交换动力学，同时也考虑了各个区域之间相互作用的热能干扰问题，建立了暖通空调的多区域温度状态空间模型：

其中，x_i表示第i个区域的温度，i＝1，2，…,6；T_o为外部环境的温度，视为干扰；R_indi和R_odi分别为各区域内部出口的热阻以及与外界相连的出口；R_woi和R_wii为各区域墙外侧和墙内侧的热阻；wc_indi，wf_indi为两个区域间的热传导权重因子，wc_odi、wf_odi为各区域与外部环境之间的热传导权重因子；wf_ac为暖通空调通气口权重因子；T_rij为第i个区域与第j个区域的热量交换；M_indi、M_odi和M_wdi分别为内部区域间的气流量、外部环境到内部区域的气流量，以及从窗口进入内部的气流量；M_ac暖通空调通气口的气流量；m_i和C均为常数；

所述干扰预测模型设计为：

建立干扰状态空间方程，从而由子系统的增广函数L_i(k)，i表示第i个子系统；设计得到干扰预测模型:

其中

其中模型预测状态为k表示时间步长，预测输出为

增广函数L_i(k)为：

z_ij(k)＝[w_ij(k) v_ij(k)]^T

其中，N_i为每个区域子系统的邻，每个子系统只能在每个时间步长k接收来自它的邻的信息，以及向它的邻发送上一次更新的状态和输出变量，包括子系统的目标函数J_i(k)，以及干扰模型的状态变量和输出变量，每一次迭代都会对增广函数L_i(k)中的系数λ和ρ进行迭代；

所述状态预测模型设计为：

利用所设计的干扰状态模型及增广函数L_i(k)，在干扰预测模型的基础上，设计了状态预测模型:

其中：

其中预测状态为预测输出为

所述分布式自适应温度预测最优控制器设计为：

根据各子系统i的状态预测模型、干扰预测模型和增广函数L_i(k)，可求得全局温度目标函数为从而求得温度预测最优控制器U_i(k,M|k)，M为控制步长；各个子系统目标函数J_i(k)中的参考温度函数y_di(k)，包含了自适应因子以反映每个子系统i的入住率，从而获取随时间和入住率变化的动态参考温度r_i(k)；

所述分布式自适应温度预测最优控制器为：

第i个子系统的目标函数为

其中，P和M分别为预测步长和控制步长；k和l分别为时间步长；Q_i和R_i分别为权重矩阵；y_di和Δu_i分别为子系统i的参考温度轨迹函数和输入增量；为预测输出；

所述的闭环系统稳定性证明：

选取的Lyapunov函数为A^TPA-P＝-F，

F＝diag{F₁，F₂，…，F_m}，F_i(0)＝F_i(1)＝…＝F_i(N-1)＝F_i；

若满足稳定性条件则闭环系统在分布式自适应温度预测算法条件下是渐进稳定的。