CN104019924A - 一种空调房间内温度场温度的软测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空调房间内温度场温度的软测量方法，其步骤如下：(1)选择对空调房间内温度场（分布）有直接影响的n个温度检测点温度参数组成温度测量参数向量；(2)计算步骤(1)所述的温度测量参数向量的平均温度，保留第i个温度检测点温度数据，构成剔除后的温度测量参数向量；(3)基于热传导原理，设置表征空调房间温度的软测量模型；(4)将辅助变量的温度值分别代入上述步骤(3)所述的空调房间温度的软测量模型，计算当前时刻的各测量点的温度场。该方法选择对空调房间内温度场（分布）有直接影响的n个温度检测点温度参数n个点的实测点温度参数，实现对空调房间温度场温度实时软测量，其测量精度高，用于空调房间内温度场的软测量。

Description

一种空调房间内温度场温度的软测量方法

技术领域

本发明涉及建筑物内温度场温度的软测量技术领域，具体地说是涉及一种空调房间内温度场温度的软测量方法。 

背景技术

我国建筑物内的温度高低测量对于实现节能具有重要意义，尤其是对于建筑物内空调房间内温度分布的测量。为达到空调房间内热量消耗最小，实现空调房间温度分布最优，需要对空调房间的温度场分布进行分析。在温度场分布中，测量单位时间内温度变化值是反映空调房间内空调机升温或降温过程中能量耗能的指标。由于空调房间内温度场的温度测量点数是不计其数的，对全部测量点进行测量相当困难。 

为了降低上述空调房间的温度场分布中检测难和测量误差大的缺陷，人们提出了空调房间的温度升温或降温过程的数学模型，预测空调房间的温度场分布温度（即软测量）实现最优闭环控制。即，通过事先测量空调房间的检测点的温度，估计和预测空调房间内的温度场分布，然后根据事先设定的条件建立空调房间的温度场的数学模型，最后得到房间内各点各时刻的温度值。 

然而，由于空调房间内温度上升或下降过程的复杂性，其能量消耗的计算复杂，运算量大，且精确度不高，无法实现空调房间内温度场的实时测量，致使软测量精度和应用效果往往不能保证。 

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种空调房间内温度场温度的软测量方法，该方法不仅能够实现对空调房间温度场的实时测量，而且能提高对空调房间温度场软测量精度。 

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案和步骤来实现的： 

一种空调房间内温度场温度的软测量方法，包括以下步骤：

(1), 选择对空调房间内温度场（分布）有直接影响的n个温度检测点温度参数作为软测量的辅助变量的温度值，组成温度测量参数向量；

(2), 计算步骤(1)所述温度检测点阈值，依次判断第i个温度检测点温度 与温度测量参数向量的平均温度相减之差是否大于阈值，即，判断第i个温度检测点温度是否满足公式(1)：，如果第i个温度检测点温度与温度测量参数向量的平均温度相减之差大于，则将剔除温度数据缺失的温度检测点温度数据，否则保留第i个温度检测点温度数据，构成剔除后的温度测量参数向量；

(3), 基于热传导原理，设置表征空调房间温度的软测量模型；

(4), 采用温度传感器测量上述空调房间内n个温度检测点的当前的软测量的辅助变量的温度值，将辅助变量的温度值分别代入上述步骤(3)所述的空调房间温度的软测量模型，计算当前时刻的各测量点的温度场。

上述步骤(3)所述的基于热传导原理，设置表征空调房间温度的软测量模型， 其表达式为： 

            (1)

式(1)中：x、y、z分别是空调房间温度的三维坐标系的坐标，t是时间，是温度关于时间t的偏导数，、、分别是温度关于x、y、z方向的二阶偏导数，是t0时刻的初始条件，是x=0时的温度条件，是y=0时的温度条件，是z=0时的温度条件。

上述步骤(4)所述的采用温度传感器测量上述空调房间内n个温度检测点的当前的软测量的辅助变量的温度值，将辅助变量的温度值分别代入上述步骤(3)所述的空调房间温度的软测量模型，计算当前时刻的各测量点的温度场，其具体如下： 

(4-1)，设上述步骤(1)所述的温度测量参数向量，记为，其表达式为：

 =                          (2)

式(1)中，为空调房间内第n个温度检测点的温度值，n为1，2，…，27；

(4-2)，测量空调房间内n个温度检测点辅助变量的当前温度值，其分布：

空调房间的左侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的右侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的上侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的下侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的前侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的后侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的中间温度侧检测点辅助变量的当前温度值为：；

(4-3)，计算当前时刻的各测量点的温度场，其具体步骤如下：

(4-3-1)，对上述步骤(3)所述的空调房间温度的软测量模型进行有限差分，其有限差分表达式为：

,

其中，为设定网格的边长，为时间的微分；

(4-3-2)，设置软测量模型中的中心差分算子，表达式为：

                           (3)

式(3)中：为软测量模型中的算子，为温度对j的偏导数，j为时间序列；

(4-3-3)，设软测量模型一阶偏微分算子，记为，其表达式为：

 =                                        (4)

将式(4)作泰勒式展开和有理化逼近，其表达式为：

                                               (5)

(4-3-4)，对上述步骤(4-3-2)所述的软测量模型中的算子作平方运算，其表达式为：

 =                       (6)

将式(6)变换得到二阶偏微分算子，记为，其表达式为：

 =                        (7)

(4-3-5)，将上述步骤(4-3-3)所述的软测量模型一阶偏微分算子和上述步骤(4-3-4)所述的二阶偏微分算子代入上述步骤(1)所述的软测量模型式(3)，得到空调房间温度的温度场表达式，其计算式为 ：

 =   (8)

将上述步骤(4-2)所述的n个温度检测点辅助变量的温度值代入上述步骤(4-3-5)所述的空调房间温度的温度场中，计算出空调房间内t时刻的温度场。

本发明的一种空调房间内温度场温度的软测量方法具有以下技术效果： 

本发明方法选择对空调房间内温度场（分布）有直接影响的n个温度检测点温度参数，n个点的实测点温度参数，实现对空调房间温度场温度实时软测量，其测量精度高，用于空调房间温度场的软测量。

附图说明

图1是本发明的一种空调房间内温度场温度的软测量方法的流程图。 

图2是本发明的一种空调房间内温度场温度的测量中n个温度检测点分布网格示意图，图中，空调房间的空间坐标系中的轴、轴、轴，为空调房间温度场软温度测量第n个温度检测点，为x方向上的小网格微元，为y方向上的小网格微元，为z方向上的小网格微元。 

图3是图1中步骤(4)中所述的流程图。 

图4是图3中步骤(4-3)中所述的流程图。 

具体实施方式

下面对本发明的技术方案细节逐一详细说明，本发明的目的和效果将更加明显。 

如图1所示，本发明的一种空调房间内温度场温度的软测量方法，包括以下步骤： 

(1)，选择对空调房间内温度场（分布）有直接影响的n个温度检测点温度参数作为软测量的辅助变量的温度值，组成温度测量参数向量；

(2)，计算步骤(1)所述的温度测量参数向量的平均温度，设置剔除温度数据缺失的温度检测点阈值，依次判断第i个温度检测点温度与温度测量参数向量的平均温度相减之差是否大于阈值，即， 判断第i个温度检测点温度是否满足公式(1)：，如果第i个温度检测点温度与温度测量参数向量的平均温度相减之差大于，则将剔除温度数据缺失的温度检测点温度数据，否则保留第i个温度检测点温度数据，构成剔除后的温度测量参数向量；

(3)，基于热传导原理，设置表征空调房间温度的软测量模型，其表达式为：

          (1)

式中：x、y、z分别是空调房间温度的三维坐标系的坐标，t是时间，是温度关于时间t的偏导数，、、分别是温度关于x、y、z方向的二阶偏导数，是t0时刻的初始条件，是x=0时的温度条件，是y=0时的温度条件，是z=0时的温度条件，如图2所示； 

(4)，采用温度传感器测量上述空调房间内n个温度检测点的当前的软测量的辅助变量的温度值，将辅助变量的温度值分别代入上述步骤(4)所述的空调房间温度的软测量模型求解表达式，计算当前时刻的各温度测量点的温度场，如图3所示，其具体如下：

(4-1)，设上述步骤(1)所述的温度测量参数向量，记为，其表达式为：

 =                         (2)    

式中， 为空调房间内第n个温度检测点的温度值，n为1，2，…，27；

(4-2)，测量空调房间内n个温度检测点左侧辅助变量的当前温度值，其分布：

空调房间的左侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的右侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的上侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的下侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的前侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的后侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的中间温度侧检测点辅助变量的当前温度值为：；

(4-3)，计算当前时刻的各测量点的温度场，如图4所示，其具体步骤如下：

(4-3-1)，对上述步骤(3)所述的空调房间温度的软测量模型进行有限差分，其有限差分表达式为：

，

其中，为设定网格的边长， 为时间的微分；

(4-3-2)，设置软测量模型中的中心差分算子，表达式为：

                                (3)

式(3)中：为软测量模型中的算子，为对j的偏导数，j为时间序列；

(4-3-3)，设软测量模型一阶偏微分算子，记为，其表达式为：

 =                                             (4)

将式(4)作泰勒式展开和有理化逼近，其表达式为：

                                                   (5)

(4-3-4)，对上述步骤(4-3-2)所述的软测量模型中的算子作平方运算，其表达式为：

 =                             (6)

将式(6)变换得到二阶偏微分算子，记为，其表达式为：

 =                              (7)

(4-3-5)，将上述步骤(4-3-3)所述的软测量模型一阶偏微分算子和上述步骤(4-3-4)所述的二阶偏微分算子代入上述步骤(1)所述的软测量模型式(3)，得到空调房间温度的温度场表达式，其计算式为 ：

 =   (8)

将上述步骤(4-2)所述的n个温度检测点辅助变量的温度值分别代入上述步骤(4-3-5)所述的空调房间温度的温度场中，计算出空调房间内t时刻的温度场。

通过对空调房间温度场的温度实时检测，其实时检测结果得知，本发明的软测量值的均方误差为0.035078。 

以上为本发明的一个具体实施过程，该例用来解释说明本发明的用法而非对本发明进行限制。本发明权利要求的保护范围内进行的任何改变，都属于本发明的保护范围。 

Claims (3)

1.一种空调房间内温度场温度的软测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1), 选择对空调房间内温度场（分布）有直接影响的n个温度检测点温度参数作为软测量的辅助变量的温度值，组成温度测量参数向量；

(2), 计算步骤(1)所述温度检测点阈值，依次判断第i个温度检测点温度                                                与温度测量参数向量的平均温度相减之差是否大于阈值，即，判断第i个温度检测点温度是否满足公式(1)：，如果第i个温度检测点温度与温度测量参数向量的平均温度相减之差大于，则将剔除温度数据缺失的温度检测点温度数据，否则保留第i个温度检测点温度数据，构成剔除后的温度测量参数向量；

(3), 基于热传导原理，设置表征空调房间温度的软测量模型；

(4), 采用温度传感器测量上述空调房间内n个温度检测点的当前的软测量的辅助变量的温度值，将辅助变量的温度值分别代入上述步骤(3)所述的空调房间温度的软测量模型，计算当前时刻的各测量点的温度场。

2.根据权利要求1所述的一种空调房间内温度场温度的软测量方法，其特征在于，上述步骤(3)所述的基于热传导原理，设置表征空调房间温度的软测量模型，其表达式为：

         (1)

式(1)中：x、y、z分别是空调房间温度的三维坐标系的坐标，t是时间，是温度关于时间t的偏导数，、、分别是温度关于x、y、z方向的二阶偏导数，是t0时刻的初始条件，是x=0时的温度条件，是y=0时的温度条件，是z=0时的温度条件。

3.根据权利要求2所述的一种空调房间内温度场温度的软测量方法，其特征在于，上述步骤(4)所述的采用温度传感器测量上述空调房间内n个温度检测点的当前的软测量的辅助变量的温度值，将辅助变量的温度值分别代入上述步骤(3)所述的空调房间温度的软测量模型，计算当前时刻的各测量点的温度场，其具体如下：

(4-1)，设上述步骤(1)所述的温度测量参数向量,记为，其表达式为：

 =                         (2)

式中，为空调房间内第n个温度检测点的温度值，n为1，2，…，27；

(4-2)，测量空调房间内n个温度检测点左侧辅助变量的当前温度值，其分布：

空调房间的左侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的右侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的上侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的下侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的前侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的后侧温度检测点辅助变量的当前温度值为：；

空调房间的中间温度侧检测点辅助变量的当前温度值为：；

(4-3)，计算当前时刻的各测量点的温度场，其具体步骤如下：

(4-3-1)，对上述步骤(3)所述的空调房间温度的软测量模型进行有限差分，其有限差分表达式为：

,

其中，为设定网格的边长，为时间的微分； 

(4-3-2)，设置软测量模型中的中心差分算子，表达式为：

                        (3)

式(3)中：为软测量模型中的算子，为温度对j的偏导数，j为时间序列；

(4-3-3)，设软测量模型一阶偏微分算子，记为，其表达式为：

 =                                    (4)

将式(4)作泰勒式展开和有理化逼近，其表达式为：

                                               (5)

(4-3-4)，对上述步骤(4-3-2)所述的软测量模型中的算子作平方运算，其表达式为：

 =                   (6)

将式(6)变换得到二阶偏微分算子，记为，其表达式为：

 =                      (7)

(4-3-5)，将上述步骤(4-3-3)所述的软测量模型一阶偏微分算子和上述步骤(4-3-4)所述的二阶偏微分算子代入上述步骤(1)所述的软测量模型式(3)，得到空调房间温度的温度场表达式，其计算式为 ：

 =   (8)

将上述步骤(4-2)所述的n个温度检测点辅助变量的温度值代入上述步骤(4-3-5)所述的空调房间温度的温度场中，计算出空调房间内t时刻的温度场。