CN111854109A - 一种室内温度控制方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

一种室内温度控制方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种室内温度控制方法、装置、电子设备及存储介质，包括：以室内加热装置的加热温度和室外环境对应的环境温度为输入，室内环境对应的室内温度为输出建立系统模型；获取当前时刻之前的一预设时间段内室内加热装置的历史加热温度、室外环境对应的历史环境温度和室内对应的历史室内温度；基于历史加热温度、历史环境温度和历史室内温度获取系统模型中参数值以得到一预设参考模型；基于预设参考模型建立模型参考自适应控制模型，并基于模型参考自适应控制模型以通过模型参考自适应控制方法对室内温度进行调节。实施本发明能够达到精准的温度调节，提高用户体验。

Description

一种室内温度控制方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本发明涉及温度控制技术领域，更具体地说，涉及一种室内温度控制方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
当前对室内温度的控制过程通常采用传统的PID控制方式，但是房间散热系统的特性千差万别，PID控制并不能或者不容易达到理想的状态。PID控制中，其控制参数的选取尤其困难，其参数选择偏大，会使得在温度调整过程中，导致温度的振荡，而不能稳定在目标温度，参数设置偏小，则使得温度调节过程十分缓慢，用户对温度调节过程中，调温效果用户体验差，同时难以满足节能环保的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述技术缺陷，提供一种室内温度控制方法、装置、电子设备及存储介质。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种室内温度控制方法，包括：
以室内加热装置的加热温度和室外环境对应的环境温度为输入，室内环境对应的室内温度为输出建立系统模型；
获取当前时刻之前的一预设时间段内室内加热装置的历史加热温度、室外环境对应的历史环境温度和室内对应的历史室内温度；
基于所述历史加热温度、所述历史环境温度和所述历史室内温度获取所述系统模型中参数值以得到一预设参考模型；
基于所述预设参考模型建立模型参考自适应控制模型，并基于所述模型参考自适应控制模型以通过模型参考自适应控制方法对所述室内温度进行调节。
优选地，所述系统模型包括差分模型；和/或
所述方法还包括：
获取预设室内温度曲线，并基于所述预设室内温度曲线和所述模型参考自适应控制模型对所述室内温度进行调节。
优选地，所述方法还包括：
以预设间隔时间获取多个所述历史室内温度；
以所述预设间隔时间建立所述历史室内温度的阶跃响应曲线，并基于所述阶跃响应曲线获取阶跃响应时间；
根据所述阶跃响应时间建立所述差分模型。
优选地，所述方法还包括：
按照所述预设间隔时间获取所述预设时间段内对应的多个所述历史环境温度；
根据所述多个历史环境温度建立环境温度模型以根据所述环境温度模型建立所述差分模型。
优选地，所述方法还包括：
获取所述预设时间段的任意时刻的环境温度为所述历史环境温度；
以所述历史环境温度为常数建立所述差分模型。
优选地，所述通过模型参考自适应控制方法对所述室内温度进行调节包括：
通过模型预测控制方法对所述室内温度进行调节。
优选地，所述通过模型预测控制方法对所述室内温度进行调节包括：
将所述系统模型转换为单位脉冲响应曲线，以通过模型算法控制方法对所述室内温度进行调节；或
将所述系统模型转换为阶跃响应曲线，以通过动态矩阵控制方法对所述室内温度进行调节。
本发明还构造一种室内温度控制装置，包括：
系统模型建立单元，用于以室内加热装置的加热温度和室外环境对应的环境温度为输入，室内环境对应的室内温度为输出建立系统模型；
参数获取单元，用于获取当前时刻之前的一预设时间段内室内加热装置的历史加热温度、室外环境对应的历史环境温度和室内对应的历史室内温度；
参考模型获取单元，用于基于所述历史加热温度、所述历史环境温度和所述历史室内温度获取所述系统模型中参数值以得到一预设参考模型；
执行单元，用于基于所述预设参考模型建立模型参考自适应控制模型，并基于所述模型参考自适应控制模型以通过模型参考自适应控制方法对所述室内温度进行调节。
本发明还构造一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上面任意一项所述的室内温度控制方法。
本发明还构造一种电子设备，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述计算机程序实现如上面任一项所述的室内温度控制方法。
实施本发明的一种室内温度控制方法、装置、电子设备及存储介质，具有以下有益效果：能够达到精准的温度调节，提高用户体验。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一种室内温度控制方法一实施例的程序流程图；
图2是本发明一种室内温度控制方法另一实施例的程序流程图；
图3是本发明一种室内温度控制方法另一实施例的程序流程图；
图4是本发明一种室内温度控制方法另一实施例的程序流程图；
图5是本发明一种室内温度控制装置的一实施例的逻辑框图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，在本发明的一种室内温度控制方法第一实施例中，包括，
S1、以室内加热装置的加热温度和室外环境对应的环境温度为输入，室内环境对应的室内温度为输出建立系统模型；选择预设的函数，将要调节的室内环境的室内温度作为输出，并将影响室内温度的室内加热装置的加热温度和室外环境的环境温度作为输入，建立系统模式。该系统模式可以理解为通过调节加热温度和环境温度来获取室内温度的函数关系。该预设函数可以为多阶函数，其函数阶数可以根据对温度要求的准确度进行选择，其可以理解，函数阶数越高，其对应的温度调节精度越高。选择室内加热装置的加热温度和室外环境的环境温度作为影响室内温度的参数，其是基于在绝大多数的场景中，其室内温度与环境温度和加热温度具有紧密的联系。
S2、获取当前时刻之前的一预设时间段内室内加热装置的历史加热温度、室外环境对应的历史环境温度和室内对应的历史室内温度；在进行温度调整之前，先对历史的室内温度以及与历史室内温度相对应的历史加热温度和历史环境温度进行采样。获取其对自当前时间开始往前推的一段历史时间内的室内加热装置、环境温度与室内温度进行采样获取一个或多个对应值。
S3、基于历史加热温度、历史环境温度和历史室内温度获取系统模型中参数值以得到一预设参考模型；基于上述获取的多个对应的历史温度值，并基于建立的系统模式也即预设函数获取系统模式中的参数值，其参数值对应的为预设函数的系数，通过历史采样的各个对应的温度值计算出预设函数的系数，使得建立的系统模式为一已知函数。即预设参考模型为系数为已知常数的模型。
S4、基于预设参考模型建立模型参考自适应控制模型，并基于模型参考自适应控制模型以通过模型参考自适应控制方法对室内温度进行调节。基于上述建立的已知常数额预设参考模型，建立模型参考自适应控制模型，通过模型参考自适应控制方法进行室内温度的调节控制。
可选的，在上述系统模型建立过程，可以通过差分函数建立系统模型为差分模型。
在上面的基础上，如图2所示，本发明的一种室内温度控制方法还包括：
A1、以预设间隔时间获取多个历史室内温度；
A2、以预设间隔时间建立历史室内温度的阶跃响应曲线，并基于阶跃响应曲线获取阶跃响应时间；
A3、根据阶跃响应时间建立差分模型。
可以理解，在对历史时间段内的温度采样时，其可以按照预设间隔时间获取多个历史室内温度，同时基于获取到的历史室内温度与预设间隔时间对室内温度建立对应的阶跃响应曲线，同时基于该阶跃响应曲线获取对应的阶跃响应时间。在建立差分模型时，其可以基于阶跃响应时间进行差分模型的阶数的获取。可以理解，差分模型的阶数的选取可以根据历史室内温度采样的时间间隔以及实际系统阶跃响应的稳定时间有关。对于采暖系统，历史温度的采样时间间隔取10s～30s一般是比较合适的。阶跃响应时间可以在合适的时间产生一次阶跃输入去测量房间温度响应达到稳定的时间。通过阶跃响应时间除以选取的采样间隔就得到差分模型的阶数。
如图3所示，在一实施例的，本发明的一种室内温度控制方法还包括：
B1、按照预设间隔时间获取预设时间段内对应的多个历史环境温度；
B2、根据多个历史环境温度建立环境温度模型以根据环境温度模型建立差分模型。
可以理解，环境温度的获取可以按照与室内温度的获取相同，即在对历史的室内温度进行采样获取多个历史室内温度时，其也可以同时对对应的环境温度进行采样，以获取与多个历史室内温度对应的历史环境温度，根据该历史环境温度建立环境温度的关系式，比基于该环境温度关系是获取室内温度的差分模型。
如图4所示，在一实施例的，本发明的一种室内温度控制方法还包括：
C1、获取预设时间段的任意时刻的环境温度为历史环境温度；
C2、以历史环境温度为常数建立差分模型。
在一些应用场景中，室内围护结构的热惯性远大于房间室内外空气的热容量，也即室外温度对室内房间温度的影响在一段时间内可认为近似不变。基于此，在预设时间段内，可以认为其对应的室外温度没有变化，或者变化很小，其对室内温度影响微乎其微，此时，可以可以在进行历史加热温度和历史室内温度作为输出建立差分模型，历史室外温度作为常数项参数在差分模型中出现，此时只需要获取该预设时间段内的任意时刻的环境温度作为该历史环境温度即可。
可选的，通过模型参考自适应控制方法对室内温度进行调节包括：通过模型预测控制方法对室内温度进行调节。通过模型参考自适应控制方法对室内温度进行调节可以采用通用的模型预测控制(MPC)方法。
可选的，通过模型预测控制方法对室内温度进行调节包括：将系统模型转换为单位脉冲响应曲线，以通过模型算法控制方法对室内温度进行调节；或将系统模型转换为阶跃响应曲线，以通过动态矩阵控制方法对室内温度进行调节。其具体的过程可以将前述差分模型转化为系统的单位脉冲响应曲线，然后使用基本的模型算法控制(MAC)方法；还可以将前述差分模型转化为系统的阶跃响应曲线，然后使用动态矩阵控制(DMC)方法。
在一实施例中，其还可以获取预设室内温度曲线，并基于预设室内温度曲线和模型参考自适应控制模型对室内温度进行调节。即可以基于该模型提前加热。其具体的为根据该模型以及预先设计好的室内温度曲线，提前预测房间温度需要在特定时间达到并稳定在温度设定值；根据用户预设的期望供暖时刻，以及前述达到房间温度设定值所需时间提前加热，即在对应的时刻开始供热并使用前述预先设计好的曲线，使房间温度能够时刻达到房间温度设定值，以满足用户舒适性需求。
另，如图5所示，本发明的一种室内温度控制装置，包括：
系统模型建立单元，用于以室内加热装置的加热温度和室外环境对应的环境温度为输入，室内环境对应的室内温度为输出建立系统模型；
参数获取单元，用于获取当前时刻之前的一预设时间段内室内加热装置的历史加热温度、室外环境对应的历史环境温度和室内对应的历史室内温度；
参考模型获取单元，用于基于历史加热温度、历史环境温度和历史室内温度获取系统模型中参数值以得到一预设参考模型；
执行单元，用于基于预设参考模型建立模型参考自适应控制模型，并基于模型参考自适应控制模型以通过模型参考自适应控制方法对室内温度进行调节。
具体的，这里的一种室内温度控制装置各单元之间具体的配合操作过程具体可以参照上述一种室内温度控制方法，这里不再赘述。
另，本发明的一种电子设备，包括存储器和处理器；存储器用于存储计算机程序；处理器用于执行计算机程序实现如上面任意的一种室内温度控制方法。具体的，根据本发明的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本发明的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过电子设备下载和安装并且执行时，执行本发明实施例的方法中限定的上述功能。本发明中的电子设备可为笔记本、台式机、平板电脑、智能手机等终端，也可为服务器。
另，本发明的一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上面任意一项的一种室内温度控制方法。具体的，需要说明的是，本发明上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、RF(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。
在一个具体应用中，加热装置为燃气采暖热水炉，其温度控制过程为：
首先，预先建立的系统模型(差分模型)为：
Figure BDA0002534502130000081
其中，Tr为房间温度，Ts为采暖供热水温度，To(i)为室外温度，ai、bi、T0分别为模型参数，m、k分别为大于1的自然数，且与预设时段相关。
考虑到很多系统中房间围护结构的热惯性远大于房间室内外空气的热容量，也即室外温度对室内房间温度Tr的影响在一段时间内可认为近似不变。因此模型可做适当简化,即当前和历史的采暖供热水温度Ts作为输入，当前(和历史)的房间温度Tr作为输出，建立差分模型，室外温度作为常数项合并到T0：
Figure BDA0002534502130000082
当采集了多次采暖供热水温度Ts和室外温度、房间温度Tr后，基于前述差分模型采用系统辨识方法获得各个模型参数a1、a2、...am和T0。接着，根据该系统模型获取单位脉冲响应或者阶跃响应曲线，当获取到该单位脉冲响应曲线或阶跃响应曲线后，采用模型算法控制方法或动态矩阵控制方法即可控制。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种室内温度控制方法，其特征在于，包括：
以室内加热装置的加热温度和室外环境对应的环境温度为输入，室内环境对应的室内温度为输出建立系统模型；
获取当前时刻之前的一预设时间段内室内加热装置的历史加热温度、室外环境对应的历史环境温度和室内对应的历史室内温度；
基于所述历史加热温度、所述历史环境温度和所述历史室内温度获取所述系统模型中参数值以得到一预设参考模型；
基于所述预设参考模型建立模型参考自适应控制模型，并基于所述模型参考自适应控制模型以通过模型参考自适应控制方法对所述室内温度进行调节。
2.根据权利要求1所述的室内温度控制方法，其特征在于，所述系统模型包括差分模型；和/或
所述方法还包括：
获取预设室内温度曲线，并基于所述预设室内温度曲线和所述模型参考自适应控制模型对所述室内温度进行调节。
3.根据权利要求2所述的室内温度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
以预设间隔时间获取多个所述历史室内温度；
以所述预设间隔时间建立所述历史室内温度的阶跃响应曲线，并基于所述阶跃响应曲线获取阶跃响应时间；
根据所述阶跃响应时间建立所述差分模型。
4.根据权利要求3所述的室内温度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
按照所述预设间隔时间获取所述预设时间段内对应的多个所述历史环境温度；
根据所述多个历史环境温度建立环境温度模型以根据所述环境温度模型建立所述差分模型。
5.根据权利要求3所述的室内温度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述预设时间段的任意时刻的环境温度为所述历史环境温度；
以所述历史环境温度为常数建立所述差分模型。
6.根据权利要求1所述的室内温度控制方法，其特征在于，所述通过模型参考自适应控制方法对所述室内温度进行调节包括：
通过模型预测控制方法对所述室内温度进行调节。
7.根据权利要求1所述的室内温度控制方法，其特征在于，所述通过模型预测控制方法对所述室内温度进行调节包括：
将所述系统模型转换为单位脉冲响应曲线，以通过模型算法控制方法对所述室内温度进行调节；或
将所述系统模型转换为阶跃响应曲线，以通过动态矩阵控制方法对所述室内温度进行调节。
8.一种室内温度控制装置，其特征在于，包括：
系统模型建立单元，用于以室内加热装置的加热温度和室外环境对应的环境温度为输入，室内环境对应的室内温度为输出建立系统模型；
参数获取单元，用于获取当前时刻之前的一预设时间段内室内加热装置的历史加热温度、室外环境对应的历史环境温度和室内对应的历史室内温度；
参考模型获取单元，用于基于所述历史加热温度、所述历史环境温度和所述历史室内温度获取所述系统模型中参数值以得到一预设参考模型；
执行单元，用于基于所述预设参考模型建立模型参考自适应控制模型，并基于所述模型参考自适应控制模型以通过模型参考自适应控制方法对所述室内温度进行调节。
9.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任意一项所述的室内温度控制方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述计算机程序实现如权利要求1-7任一项所述的室内温度控制方法。
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