室内供暖系统动态矩阵控制研究

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随着智慧供热技术的发展,如何实现用户自主智能调控,提升舒适性,推动用户行为模式节能,已成为当前建筑供暖面临的急需解决的问题。由于建筑物热情性以及调控设备限制等因素,传统的室温控制方法难以满足用户个性化需求与精准调控的要求。本文主要以室内供暖系统为研究对象,针对目前传统控制中出现的调节不及时、震荡,超调大等问题,提出了动态矩阵控制(DMC)算法,并基于TRNSYS建立调控仿真模型,对DMC控制方法及供暖设备与供暖参数等关键影响因素进行了分析研究。首先结合实际控制情况,将室内供暖系统简化为一个单输入单输出模型,输入为供水流量,输出为室内温度,其余不可控量则当成扰动处理。提出采用动态矩阵控制(DMC)的方法进行室温控制。接着在TRNSYS中建立散热器供暖系统,并与计算软件进行联合仿真,将DMC控制方法应用于楼栋的各个房间内。通过分析不同优化算法的控制效果,得到二次规划算法的温控误差指标Ecomf最小,控制效果最好。在此基础上,分析了阀门与末端散热设备等供暖系统设备和供暖参数对于DMC控制效果的影响,得出等百分比流量特性的阀门控制效果最好,其Ecomf指标为0.035171,快开流量特性阀门的控制效果最差,其Ecomf指标为0.03619。而针对不同的供暖时期和不同的供水温度,在供暖系统稳定后,其温度超调值最大为0.7℃,说明DMC算法具有较强的鲁棒性。与散热器供暖系统相比,地板辐射供暖系统采用DMC控制方法,系统稳定后其温度偏差值最大为2℃,控制精度相对较差。最后将传统的控制方式与DMC控制作对比分析,得出对于散热器供暖系统,DMC控制、PID控制以及前馈-反馈预测控制的Ecomf分别为0.035303,0.048001,0.035233,前馈-反馈预测控制的Ecomf最小,控制效果最好,它通过向控制系统中加入室外温度的前馈补偿来提高控制效果,一定程度上可以弥补室外温度这部分输入所引起的系统误差。而对于地板辐射供暖系统,启停控制和DMC控制的温度偏差值最大分别为1℃和2℃。启停控制和DMC控制的Ecomf分别为0.039336,0.044831,启停控制的温控误差指标要比DMC控制小,控制效果更好。通过本文对DMC控制方法的研究,为供热系统智能化控制,满足用户个性化需求以及室温精准调控,提供了可借鉴的方法思路与理论依据。
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