事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法

本发明涉及中央空调控制，特别是涉及一种事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、由于中央空调在实际的运行的绝大部分时间都是并非是满负荷运行的，并且会受到人员密度、太阳辐射以及气象等因素的影响，产生一定的随机波动。那么此时如果不对输出进行适当的调节，就会造成一定的能量浪费，并且降低热舒适程度。

3、中央空调系统的房间热模型建模方法大多是采用热阻方法建模，并没有考虑随机扰动；同时，在一般的优化问题中，通常简单的将各种原因引起的随机扰动考虑为一个扰动，而无法准确体现出扰动的影响；此时需要对不同的扰动来源建立不同的随机模型，从而更精确的预测房间未来的状态。

4、模型预测控制在空调控制方面是一种行之有效的控制方法，然而对于大型建筑系统，集中式的模型预测控制对计算能力的要求更高，计算成本过高，从而导致控制性能的下降。而分布式的控制算法将计算量分布到多个子系统，虽然减少了计算成本，但是对通信能力要求高。

5、对于系统中存在的随机扰动，通常是采用鲁棒模型预测控制的方法，但是这会引入过多的保守性，且为了防止低概率异常值出现，会降低控制器的整体性能。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法，构建考虑室内温度、室外环境和负载能耗随机扰动的分布式随机模型，更准确的描述随机扰动对中央空调的影响，设计事件触发条件，平衡控制器性能和计算成本间的矛盾，保证一定的控制器性能，且在保证舒适度的同时减少建筑能耗和计算成本。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法，包括：

4、构建考虑室内温度、室外环境和能耗的随机扰动的分布式随机模型，并基于随机扰动和相邻房间的热耦合构建机会约束条件；

5、设计事件触发条件，所述事件触发条件为当室内实际温度与室内预测温度的差值超过阈值时，进行分布式随机模型的优化求解；

6、在机会约束条件下，根据邻居房间的室内预测温度求解分布式随机模型得到当前房间的室内预测温度，直至当前房间的室内预测温度满足条件，以此时求解得到的最优能耗控制中央空调的动作。

7、作为可选择的实施方式，所述分布式随机模型为：

8、

9、其中，ti(k+1)是k+1时刻房间i的室内温度，ti(k)是k时刻房间i的室内温度，tj(k)是k时刻房间j的室内温度，是与当前房间有热耦合的房间集合；tiout为房间i的室外温度，mi(k)是k时刻的负载功率，di(k)为服从零均值高斯分布的随机扰动，δ为温度更新的时间间隔，ηi为冷却系统的cop系数，ci为房间i的热容，均为系数。

10、作为可选择的实施方式，所述能耗包括风机、加热盘管和冷却盘管的负载功率。

11、作为可选择的实施方式，所述事件触发条件：

12、

13、

14、其中，tireal为室内实际温度，ti*(k+l|k)是室内预测温度ti*(k)的第l组输入；为有界扰动的扰动上界；是满足事件触发条件的下一个触发时刻，为触发时刻；nt为预测时域大小。

15、作为可选择的实施方式，所述机会约束条件为：

16、

17、其中，hjtxk是随机变量，为扰动忍耐阈值，ε为违反概率。

18、作为可选择的实施方式，所述机会约束条件中，将随机变量hjtxk用表示，并将机会约束条件变换为确定性约束形式：

19、

20、其中，是的预测值；是偏移量。

21、作为可选择的实施方式，进行分布式随机模型的优化求解的过程包括：

22、当达到事件触发时刻时，计算偏移量根据邻居房间的室内预测温度求解分布式随机模型，得到负载功率序列和室内预测温度序列ti*(k)，向邻居房间广播ti*(k)，置并重复上述步骤，直至不再触发优化求解。

23、作为可选择的实施方式，计算偏移量的过程为：

24、

25、其中，pdf是随机变量误差的概率分布函数，是在处的累计分布函数。

26、第二方面，本发明提供一种事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制系统，包括：

27、模型构建模块，被配置为构建考虑室内温度、室外环境和能耗的随机扰动的分布式随机模型，并基于随机扰动和相邻房间的热耦合构建机会约束条件；

28、事件触发模块，被配置为设计事件触发条件，所述事件触发条件为当室内实际温度与室内预测温度的差值超过阈值时，进行分布式随机模型的优化求解；

29、预测控制模块，被配置为在机会约束条件下，根据邻居房间的室内预测温度求解分布式随机模型得到当前房间的室内预测温度，直至当前房间的室内预测温度满足条件，以此时求解得到的最优能耗控制中央空调的动作。

30、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。

31、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。

32、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

33、针对传统温度热阻模型房间热模型建模方法，本发明考虑了室内温度、室外环境和能耗的随机扰动，建立了一个综合三种随机扰动的分布式随机模型，可以更为准确的描述随机扰动对中央空调系统带来的影响。

34、本发明构建了考虑室内温度、室外环境和能耗的随机扰动以及相邻房间热耦合影响的机会约束条件，可以有效的处理非高斯干扰带来的问题。

35、为了进一步降低计算成本，本发明设计异步事件触发控制条件，在控制性能和计算资源之间建立一定的取舍规则，平衡了控制器性能和计算成本之间的矛盾，在降低计算成本和通信成本的同时保证了一定的热舒适。

36、为了较好地在保证控制器性能的前提下而不用引入过多的保守性。本发明引入分布式随机模型预测控制，使用建立的随机模型，并建立机会约束对硬约束进行放松，在允许小概率违反约束的情况下进行优化问题的求解。

37、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法，其特征在于，所述分布式随机模型为：

3.如权利要求1所述的事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法，其特征在于，所述能耗包括风机、加热盘管和冷却盘管的负载功率。

4.如权利要求1所述的事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法，其特征在于，所述事件触发条件：

5.如权利要求1所述的事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法，其特征在于，所述机会约束条件为：

6.如权利要求5所述的事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法，其特征在于，所述机会约束条件中，将随机变量hjtxk用表示，并将机会约束条件变换为确定性约束形式：

7.如权利要求6所述的事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法，其特征在于，进行分布式随机模型的优化求解的过程包括：

8.事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开一种事件触发分布式随机模型预测控制的中央空调控制方法，包括：构建考虑室内温度、室外环境和能耗的随机扰动的分布式随机模型，并基于随机扰动和相邻房间的热耦合构建机会约束条件；设计事件触发条件，所述事件触发条件为当室内实际温度与室内预测温度的差值超过阈值时，进行分布式随机模型的优化求解；在机会约束条件下，根据邻居房间的室内预测温度求解分布式随机模型得到当前房间的室内预测温度，直至当前房间的室内预测温度满足条件，以此时求解得到的最优能耗控制中央空调的动作。保证一定的控制器性能，且在保证舒适度的同时减少建筑能耗和计算成本。

技术研发人员：王新立,顾晨曦,尹晓红,李少远,王瑞琪,王雷
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14