多区域暖通空调温湿度鲁棒模型预测控制策略

张佳伟

摘要：本文提出了一种多区域暖通空调温湿度鲁棒模型预测控制策略，该策略通过考虑系统参数的变化和不确定性，能够更加准确地预测多区域的温湿度变化情况，并根据预测结果实现对暖通空调系统的智能控制。该策略不仅能够提高系统的控制精度和稳定性，还能够减少系统能耗，具有很高的实用价值。

关键词：多区域暖通空调;温湿度鲁棒模型;预测控制

随着城市化进程的加快和人们对舒适性的要求提高，多区域暖通空调系统在现代建筑中得到越来越广泛的应用[1]。多区域暖通空调系统的温湿度控制是保证舒适性的重要因素之一。传统的PID控制方法不能适应多变的气候和人员活动等因素的影响，因此需要采用更加先进的控制方法。多区域暖通空调系统的温湿度控制需要考虑多个区域之间的相互影响，而且系统具有强非线性和时变性等特点，因此采用传统的控制方法难以取得良好的效果。本文提出了一种基于温湿度鲁棒模型的预测控制策略，通过建立多区域暖通空调系统的温湿度鲁棒模型，预测系统状态，根据预测结果进行控制，从而实现对多区域暖通空调系统的温湿度控制。

　　一、多区域暖通空调温湿度控制基本理论

　　1.1 多区域暖通空调系统的温湿度特性

　　多区域暖通空调系统由多个区域组成，每个区域之间相互独立，但是存在相互影响。在多区域暖通空调系统中，温湿度的变化受到多个因素的影响，如室内外气温、湿度、人员活动等。同时，多区域暖通空调系统具有强非线性和时变性等特点，传统的控制方法难以满足其控制要求。

　　1.2 多区域暖通空调温湿度控制方案

　　多区域暖通空调系统的温湿度控制方案可以分为两个步骤：建立多区域暖通空调系统的控制模型和设计相应的控制算法。

　　建立多区域暖通空调系统的控制模型：多区域暖通空调系统的控制模型包括各个区域的温湿度变化模型和区域之间的相互影响模型。可以采用物理建模或者数据建模的方法建立控制模型。

　　设计相应的控制算法：针对多区域暖通空调系统的控制模型，设计相应的控制算法，如PID控制、模型预测控制等。

　　二、多区域暖通空调温湿度鲁棒模型

　　2.1 基于多区域暖通空调温湿度鲁棒模型辨识

　　多区域暖通空调系统的温湿度鲁棒模型是一个描述系统响应特性的数学模型。基于物理建模或者数据建模的方法，可以辨识出多区域暖通空调系统的温湿度鲁棒模型。

　　物理建模方法：通过对多区域暖通空调系统的物理特性进行建模，得到系统的温湿度鲁棒模型。

　　数据建模方法：通过对多区域暖通空调系统的历史数据进行分析，得到系统的温湿度鲁棒模型[2]。

　　2.2 多区域暖通空调温湿度鲁棒模型预测运行

　　基于多区域暖通空调系统的温湿度鲁棒模型，可以进行预测控制。预测控制是一种基于预测模型的控制方法，通过对未来系统状态的预测，实现对系统的控制。

　　三、多区域暖通空调温湿度控制算法

　　3.1 多区域暖通空调温湿度控制系统结构

　　多区域暖通空调温湿度控制系统的结构包括传感器、执行器、控制器等。传感器用于采集系统的温湿度数据，执行器用于控制系统的运行，控制器用于实现温湿度控制算法。

　　3.2 多区域暖通空调温湿度控制优化

　  模型预测控制：通过建立多区域暖通空调系统的温湿度鲁棒模型，预测未来一段时间内系统的状态，根据预测结果进行控制。例如在多区域暖通空调温湿度控制中，模型预测控制可以通过建立多个区域的温湿度模型，并利用这些模型对未来的温湿度变化进行预测，从而实现对系统的控制。

遗传算法：通过模拟生物进化过程，寻找最优解。在多区域暖通空调温湿度控制中，遗传算法可以通过优化控制参数，从而实现更加精确的温湿度控制。例如在多区域暖通空调温湿度控制中，人工神经网络可以通过建立多个区域的神经网络模型，从而实现对系统的控制。

3.3 多区域暖通空调温湿度控制的预测与适应

　　多区域暖通空调系统的温湿度控制需要考虑多种因素的影响，如室内外气温、湿度、人员活动等。因此，需要采用预测和适应的方法，实现对系统的控制[3]。

　　适应方法：通过实时监测系统的状态，进行调整和优化，实现对系统的适应控制。

　　四、多区域暖通空调温湿度鲁棒模型预测控制策略的案例

　　案例一：某栋大楼采用多区域暖通空调系统，共分为三个区域。为了保证室内的舒适度，需要对系统的温湿度进行控制。采用基于温湿度鲁棒模型的预测控制算法进行控制，实现对系统的稳定控制。在本案例中，我们采用了基于能量平衡的建模方法，将每个区域看作一个热容器，并考虑室内外温湿度、人员活动和设备功率等因素的影响。

　　案例二：某工厂的生产车间采用多区域暖通空调系统，共分为五个区域。由于车间内有多台生产设备，温湿度的变化非常大，需要对系统进行控制。采用基于温湿度鲁棒模型的预测控制算法进行控制，实现对系统的稳定控制。在本案例中，将多区域暖通空调系统的模型输入到RMPC控制器中，并设置了目标温湿度范围和控制输入的约束条件。控制器将系统的状态与预测模型进行比较，计算出最优的控制输入，并将其发送到执行器中。通过不断地对系统状态进行测量和控制，可以实现对多区域暖通空调系统的温湿度精确控制。

　　案例三：办公楼内的温湿度控制

　　这个案例涉及到一个办公楼，其中有许多不同的房间和区域。为了使所有区域的温湿度得到控制，采用了多区域暖通空调温湿度鲁棒模型预测控制策略。该策略使用了多个传感器来测量不同区域的温湿度，并将这些数据输入到一个控制器中。控制器使用鲁棒模型预测控制算法来确定最佳的温湿度控制策略，以使所有区域的温湿度保持在合适的范围内。通过这种方式，办公楼内部的温湿度得到了精确的控制，提高了员工的舒适度和工作效率。

五、结束语

基于多区域暖通空调温湿度鲁棒模型的预测控制策略。通过建立多区域暖通空调系统的温湿度鲁棒模型，预测未来一段时间内系统的状态，根据预测结果进行控制，实现对多区域暖通空调系统的温湿度控制。未来，可以进一步深入研究多区域暖通空调系统的温湿度控制算法，提高系统的控制精度和稳定性。

　　参考文献

　　[1]马宇,蔡远利.基于多LPV模型的调度离线鲁棒预测控制 [J].《控制与决策》,2016:1468-1474,共7页.

　　[2]杨斌虎,杨卫东,曲蕾.热轧带钢自动厚度控制鲁棒预测模型与控制策略[J].控制理论与应用,2011:50-55.

　　[3]李杰,张军,衡润来,苏永琢.基于灰色预测模型的中央空调温湿度系统控制策略[J].仪表技术,2019:43-47.