CN116224784A - 一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法 - Google Patents

一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法 Download PDF

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CN116224784A CN202211703817.6A CN202211703817A CN116224784A CN 116224784 A CN116224784 A CN 116224784A CN 202211703817 A CN202211703817 A CN 202211703817A CN 116224784 A CN116224784 A CN 116224784A
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Abstract

本发明属于供热系统控制领域，公开了一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法，包括：获取阀门开度值作用下的第一室内温度数据，将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值，将所述阀门开度的预测值远程作用于供热管道中热水进水口的阀门，所述阀门控制模型为通过对阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据进行拟合获得。本发明的方法可以提升用户舒适度，提高能量使用效率，同时能够达到减少供热系统的温室气体排放量，节能减排的效益。

Description

一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法
技术领域
本发明属于供热系统控制领域，具体涉及一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法。
背景技术
热源厂生产热水通过一级管网向各热力站输送热能。热力站通过二级管网向住户输送热能。目前，针对用户供热系统的控制主要是供热站一级的整体调控。热力站根据供水与回水水温与设定值的偏差对站内的可调阀门或水泵进行反馈控制调节，或根据进入热力站的热水流量与设定值的偏差进行调控。由于这种控制的特性，供热站带来的控制效应是整体性的，是区域性的。
由于供热系统的热惰性和高时滞,多个热力站之间的水力耦合特性，以及系统工况大幅改变时带来的剧烈振荡，所以供热站层级的控制需要协调不同供热站之间调节控制带来的影响，维持某一个地区内供热系统的稳定性。所以针对用户而言，供热站的控制是去个性化的，在通常的情况下，供热站维持供热系统的稳定，会留有稳定裕量，导致某些离供热站近的用户室内温度稍高，降低了舒适度。
发明内容
本发明的目的在于克服上述一种或多种现有的技术问题，提供一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法。
为实现上述目的，本发明提供的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法，包括：
获取阀门开度值作用下的第一室内温度数据；
将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值；
将所述阀门开度的预测值远程作用于供热管道中热水进水口的阀门；
所述阀门控制模型为通过对阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据进行拟合获得。
根据本发明的一个方面，所述将第一室内温度数据输入至所述阀门控制模型中，计算得到所述阀门开度的预测值的方法包括：
针对热水阀的控制参数，随机设定一组初始值；通过该组热水阀的控制参数，使用所述阀门控制模型，对阀门开度值进行计算，得到基于所述阀门开度值的所述第一室内温度数据值；对所述第一室内温度数据值与实际值求方差和，确定控制参数，使得所述第一室内温度数据值与实际值方差和
Figure 195329DEST_PATH_IMAGE001
最小，该控制参数被认定为所述阀门开度的预测值，其中/>
Figure 468178DEST_PATH_IMAGE001
的数学表达式为，
Figure 384051DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 666127DEST_PATH_IMAGE003
表示室内温度的实际值；/>
Figure 429684DEST_PATH_IMAGE004
表示第一室内温度数据值。
根据本发明的一个方面，所述将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值的方法还包括：
求得阀门开度的预测值，使得在所述阀门开度的预测值下，通过阀门控制模型计算得到的第二室内温度与设定的室内温度值方差和
Figure 889747DEST_PATH_IMAGE005
最小，该过程的表达式为，
Figure 43647DEST_PATH_IMAGE006
Figure 316366DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 872112DEST_PATH_IMAGE008
表示原点二范数；
Figure 80239DEST_PATH_IMAGE009
、/>
Figure 209519DEST_PATH_IMAGE010
和/>
Figure 567819DEST_PATH_IMAGE011
表示系数矩阵；
Figure 492919DEST_PATH_IMAGE012
表示温度初值；
Figure 747314DEST_PATH_IMAGE013
表示阀门开度值；
Figure 360960DEST_PATH_IMAGE014
表示阀门开度值的预测值的矩阵形式；
Figure 788530DEST_PATH_IMAGE015
表示阀门开度的预测值。
根据本发明的一个方面，所述将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到第一组阀门开度值的方法还包括：
通过滚动时域优化与模型参数优化对所述阀门开度的预测值进行优化。
根据本发明的一个方面，所述阀门控制模型为通过对阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据进行拟合获得包括：
若到达拟合时间间隔，则重新基于阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据，进行所述阀门控制模型的参数拟合。
为实现上述目的，本发明提供一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制系统，包括：
第一室内温度数据获取模块，用于获取阀门开度值作用下的第一室内温度数据；
阀门控制模型获取模块，用于对阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据进行拟合获得所述阀门控制模型；
阀门开度的预测值获取模块，用于将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值；
阀门控制模块，用于将所述阀门开度的预测值远程作用于供热管道中热水进水口的阀门。
为实现上述目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述针对一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法。
本发明的有益效果在于：
（1）针对供热管道中热水进水口阀门使用模型预测控制调节方法，将室内温度调节至设定值；实现提升用户舒适度，提高能量使用效率的效果；
（2）能够达到减少供热系统的温室气体排放量，节能减排的效益。
附图说明
图1示意性表示根据本发明的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法的流程图；
图2示意性表示根据本发明的另一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法的流程图；
图3示意性表示根据本发明的一种供热管道中热水进水口的阀门控制系统结构图；
图4示意性表示根据本发明的一种水泵扬程-流量特性曲线图；
图5示意性表示根据本发明的一种对阀门开度的预测值优化的程序框图；
图6示意性表示根据本发明的一种滚动时域优化时间间隔为10分钟/次时A户室内温度的控制曲线图；
图7示意性表示根据本发明的一种滚动时域优化时间间隔为10分钟/次时B户室内温度的控制曲线图；
图8示意性表示根据本发明的一种模型参数优化的时间间隔设定为1月时A户室内温度的控制曲线图；
图9示意性表示根据本发明的一种模型参数优化的时间间隔设定为1月时D户室内温度的控制曲线图；
图10示意性表示根据本发明的一种模型参数优化的时间间隔设定为1月且同时控制4户时A户室内温度的控制曲线图；
图11示意性表示根据本发明的一种模型参数优化的时间间隔设定为1月且同时控制4户时B户室内温度的控制曲线图；
图12示意性表示根据本发明的一种模型参数优化的时间间隔设定为1月且同时控制4户时C户室内温度的控制曲线图；
图13示意性表示根据本发明的一种模型参数优化的时间间隔设定为1月且同时控制4户时D户室内温度的控制曲线图。
具体实施方式
现在将参照示例性实施例来论述本发明的内容，应当理解，论述的实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本发明的内容，而不是暗示对本发明的范围的任何限制。
如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”，术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。
图1示意性表示根据本发明的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法的流程图，如图1所示，本发明的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法，包括：
获取阀门开度值作用下的第一室内温度数据；
将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值；
将阀门开度的预测值远程作用于供热管道中热水进水口的阀门；
阀门控制模型为通过对阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据进行拟合获得。
在本实施例中，基于传热学与流体动力学建立阀门对室温的阀门控制模型。具体内容为：建立一个4户的阀门控制模型，供热管道中热水进水口的阀门控制系统如图3所示，首先阀门控制模型建立单房间控制方程。
由物理分析可得，房间温度升高主要考虑房间散热和吸热，散热主要考虑对流散热，吸热主要考虑暖气片与空气之间的对流传热。由此可得到：
Figure 115606DEST_PATH_IMAGE016
其中，
Figure 586908DEST_PATH_IMAGE017
表示房间温度/>
Figure 202697DEST_PATH_IMAGE018
，
m表示吸热空气的质量
Figure 916182DEST_PATH_IMAGE019
，
Figure 504289DEST_PATH_IMAGE020
表示吸热空气的热容/>
Figure 959541DEST_PATH_IMAGE021
，
Figure 311894DEST_PATH_IMAGE022
表示散热量/>
Figure 18950DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 9034DEST_PATH_IMAGE024
表示吸热量/>
Figure 900766DEST_PATH_IMAGE023
，
Figure 146940DEST_PATH_IMAGE025
表示房间的散热面积/>
Figure 782321DEST_PATH_IMAGE026
，
Figure 876179DEST_PATH_IMAGE027
表示房间散热过程的传热系数/>
Figure 579560DEST_PATH_IMAGE028
，
Figure 719554DEST_PATH_IMAGE029
表示室外温度/>
Figure 830729DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 293941DEST_PATH_IMAGE031
表示回水温度/>
Figure 402842DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 452969DEST_PATH_IMAGE032
表示进水温度/>
Figure 430152DEST_PATH_IMAGE030
，
Figure 498602DEST_PATH_IMAGE033
表示水的比热容/>
Figure 27673DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 548784DEST_PATH_IMAGE035
表示热水流量/>
Figure 749565DEST_PATH_IMAGE036
。
针对供热管网，建立管网控制方程；管网控制方程则需要考虑整体4个房间，管网控制方程中的量则变成矩阵：
Figure 417DEST_PATH_IMAGE037
其中，
Figure 513438DEST_PATH_IMAGE038
其中，
Figure 974376DEST_PATH_IMAGE039
表示第/>
Figure 965465DEST_PATH_IMAGE040
个房间的温度，
Figure 759240DEST_PATH_IMAGE041
表示第/>
Figure 505479DEST_PATH_IMAGE040
个房间中管路的流量。
针对管网流量分布特性，可以做以下处理：
4户房间的4条支路可以视为4条并联的管路，在并联管路中，水力损失等于各部分分管的水力损失，并联管路的总流量等于各分管流量之和。于是有：
Figure 1183DEST_PATH_IMAGE042
其中，
Figure 45231DEST_PATH_IMAGE043
表示并联管路中总水利损失/>
Figure 880463DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 223369DEST_PATH_IMAGE045
表示各支路总水利损失/>
Figure 471948DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 132736DEST_PATH_IMAGE046
表示总流量/>
Figure 134059DEST_PATH_IMAGE047
，
Figure 159784DEST_PATH_IMAGE048
表示各支路流量/>
Figure 584075DEST_PATH_IMAGE047
，
管道中的总水力损失应包括沿程阻力损失和局部阻力损失为：
Figure 48554DEST_PATH_IMAGE049
其中，
Figure 389537DEST_PATH_IMAGE050
表示管道中总水力损失/>
Figure 101009DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 996284DEST_PATH_IMAGE051
表示管道的达西摩擦因数，
Figure 684361DEST_PATH_IMAGE052
表示各部分管道长度/>
Figure 738905DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 309695DEST_PATH_IMAGE053
表示管道直径/>
Figure 738271DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 544553DEST_PATH_IMAGE054
表示各部分局部阻力损失系数，
Figure 594548DEST_PATH_IMAGE055
表示单位重量下的动能，
将
Figure 883710DEST_PATH_IMAGE056
代入上式，有：
Figure 878210DEST_PATH_IMAGE057
在管道中流量与速度的关系为：
Figure 160287DEST_PATH_IMAGE058
/>
故有：
Figure 845215DEST_PATH_IMAGE059
当管路中含有水泵时，管网的能量方程为：
Figure 492228DEST_PATH_IMAGE060
其中，
Figure 388073DEST_PATH_IMAGE061
表示水泵向管网提供的能头/>
Figure 473840DEST_PATH_IMAGE044
，
Figure 91903DEST_PATH_IMAGE062
表示管网流体势能能头/>
Figure 486982DEST_PATH_IMAGE044
，
考虑阀门局部损失系数，有以下分析：
流体经过各种局部构件时产生的额外水利损失称为局部损失。阀门开度的变化直接导致流体经过阀门时的局部损失改变，体现为阀门开度变化会改变该点的局部阻力损失系数
Figure 65862DEST_PATH_IMAGE063
，阀门对管路流量的调节本质上是通过改变管路的阻力损失来实现的。因此，阀门处的局部阻力损失系数是随阀门开度而改变的，它们之间有一一映射关系：
Figure 440473DEST_PATH_IMAGE064
其中，
Figure 178622DEST_PATH_IMAGE065
代表阀门开度。
本实验用的阀门控制原理是能够远程将阀门开度分为11个档位，0代表关，10代表全开。可以将阀门开度视为一个离散量，在数学上可由分段函数表示在实验的过程中，根据泵功率的大小，将阀门调节范围设定在1到4，该数学表达式为，
Figure 964176DEST_PATH_IMAGE066
考虑以上阀门控制模型的求解，有以下步骤：
为了将阀门控制模型求解，可对管网模型做出以下处理与假定：
（1）忽略管网的势能差；
（2）4条支路管道尺寸，水力沿程损失系数等参数相同且不变；
（3）管网进出口连接水箱，忽略进出口的水压差；
（4）水泵特性曲线不变，其扬程-流量特性曲线图如图4所示；
（5）管道中只考虑阀门处的局部阻力损失，其它部分的局部阻力损失忽略；
（6）忽略并联管进出口的局部损失；
根据以上假设，沿程阻力损失系数、局部系数、重力加速度和管道直径等常量归为一个总阻力损失参数，总阻力损失参数由参数
Figure 545199DEST_PATH_IMAGE067
表示，此过程表示为，
Figure 503927DEST_PATH_IMAGE068
/>
其中，
Figure 719752DEST_PATH_IMAGE069
是阀门开度的函数；
对于管网的能量方程，由物料守恒原理，进出口流量不变，可得
Figure 207365DEST_PATH_IMAGE070
，有：
Figure 806842DEST_PATH_IMAGE071
由此可得，
Figure 100420DEST_PATH_IMAGE072
进一步可得总管路阻力损失系数与支管路阻力系数的关系为：
Figure 422948DEST_PATH_IMAGE073
进一步得到总流量与支管流量的关系为：
Figure 832195DEST_PATH_IMAGE074
主管路中的流量由各个支路决定，各支路的流量由泵的特性决定。
由于水泵内部局部损失的存在，支路中阀门局部阻力系数的改变会影响整个管路的流量分布。以支路1减小阀门开度为例分析，在这里认为局部阻力损失的大小同样与流量的平方成正比。对水泵的扬程-流量曲线进行二次函数拟合，得到与支路局部阻力同样的表达形式，如此便能够对模型进行一种简化计算：
Figure 669701DEST_PATH_IMAGE075
其中，
Figure 766970DEST_PATH_IMAGE076
可以视为水泵内部的局部阻力系数。
各支路流量为：
Figure 193272DEST_PATH_IMAGE077
当支路1阀门开度减小时，
Figure 22688DEST_PATH_IMAGE078
增大。其它支路的阻力系数不变。由函数增减性分析可以得到，/>
Figure 675386DEST_PATH_IMAGE079
减小，/>
Figure 736533DEST_PATH_IMAGE080
增大。所以，每条支路的流量都是关于4个支路阀门开度的函数。即
Figure 33653DEST_PATH_IMAGE081
为了便于对系统进行控制，可针对模型进行一定程度上的简化，简化后可得：
Figure 17659DEST_PATH_IMAGE082
令，
Figure 829757DEST_PATH_IMAGE083
参数a是散热系数，与房间的散热面积s、传热系数h，及空气物性参数相关。参数b是房间的吸热系数，主要与各支路的阀门开度，水的比热容以及空气物性参数相关。
经过整合参数化简之后，可以得到：
Figure 268828DEST_PATH_IMAGE084
此时，参数b作为一个支路控制方程的参数同时受其它所有支路的影响。在迭代优化的计算过程中，每条支路的参数改变一次，其它所有支路的参数也需要随之更新一次。随着支路数量的增多，计算量呈指数增长。由图1可以看出，当流量在较小的一定范围内波动时，水泵扬程变化不大。利用这一点，在制定控制策略时，并利用系统的闭环控制特性，将总流量限定在特定的范围内，达到弱化支路间相互影响的目的，支路间的独立性以管网流量在小范围内波动的基础之上能够得到保证。即，
Figure 233504DEST_PATH_IMAGE085
从阀门的角度有，
Figure 342406DEST_PATH_IMAGE086
并且，
Figure 891068DEST_PATH_IMAGE087
其中，
Figure 602672DEST_PATH_IMAGE088
为波动范围的阈值；
从而有：
Figure 936701DEST_PATH_IMAGE089
其中，
Figure 964307DEST_PATH_IMAGE090
近似为一个常数。
当满足
Figure 750997DEST_PATH_IMAGE090
近似为常数的条件时，阀门开度相比之下具有较高的独立性与自由性。在控制层面，此种处理方式表现为约束，就有较高的可操作性。
此时阀门控制模型则简化为：
Figure 266292DEST_PATH_IMAGE091
其中，
Figure 438516DEST_PATH_IMAGE092
表示约束条件；
对于计算得到的阀门开度的预测值，将预测时间域内离当前时间最近的一个阀门开度
Figure 951537DEST_PATH_IMAGE093
作用于供热管道中热水进水口的阀门。该阀门开度作用于供热管道中热水进水口的阀门之后会产生实际的作用效果，即得到一个该阀门开度作用下的室内温度。
根据本发明的一个实施方式，将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值的方法包括：
将针对热水阀的控制参数，随机设定一组初始值；通过该组热水阀的控制参数，使用阀门控制模型，对阀门开度值进行计算，得到基于阀门开度值的第一室内温度数据值；对第一室内温度数据值与实际值求方差和，确定控制参数，使得第一室内温度数据值与实际值方差和
Figure 913939DEST_PATH_IMAGE001
最小，该控制参数被认定为阀门开度的预测值，其中/>
Figure 170608DEST_PATH_IMAGE001
的数学表达式为，
Figure 275968DEST_PATH_IMAGE094
/>
其中，
Figure 209157DEST_PATH_IMAGE003
表示室内温度的实际值；
Figure 642544DEST_PATH_IMAGE004
表示第一室内温度数据值。
根据本发明的一个实施方式，将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值的方法还包括：
求得阀门开度的预测值，使得在阀门开度的预测值下，通过阀门控制模型计算得到的第二室内温度与设定的室内温度值方差和
Figure 468285DEST_PATH_IMAGE001
最小，该过程的表达式为，
Figure 428150DEST_PATH_IMAGE006
Figure 17395DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 718503DEST_PATH_IMAGE008
表示原点二范数；
Figure 316975DEST_PATH_IMAGE009
、/>
Figure 554183DEST_PATH_IMAGE010
和/>
Figure 907804DEST_PATH_IMAGE011
表示系数矩阵；
Figure 378100DEST_PATH_IMAGE012
表示温度初值；
Figure 701634DEST_PATH_IMAGE013
表示阀门开度值；
Figure 573775DEST_PATH_IMAGE014
表示阀门开度值的预测值的矩阵形式；
Figure 98297DEST_PATH_IMAGE015
表示阀门开度的预测值。
在本实施例中，选择200个历史数据进行拟合，由数学表达式
Figure 538112DEST_PATH_IMAGE001
可以拟合得到一组数值：
Figure 681649DEST_PATH_IMAGE095
将第一室内温度值作为初值，计算预测控制值，得到阀门开度的预测值，计算控制值的依据为：求得未来的阀门开度值，使得在这阀门开度值下，通过控制模型计算得到的室内温度与设定的室内温度值方差和
Figure 657564DEST_PATH_IMAGE001
最小。计算方法为：
Figure 87408DEST_PATH_IMAGE096
其中，
Figure 689553DEST_PATH_IMAGE097
代表系统模型中的状态量，/>
Figure 761415DEST_PATH_IMAGE098
代表输入量，
Figure 811410DEST_PATH_IMAGE099
代表输出量，
由拟合得到的数据得到，
Figure 864686DEST_PATH_IMAGE100
同时有
Figure 468973DEST_PATH_IMAGE101
与/>
Figure 504712DEST_PATH_IMAGE102
的关系式：
Figure 205952DEST_PATH_IMAGE103
将室内设定温度为25℃，可以得到：
Figure 977599DEST_PATH_IMAGE104
可以求得：
Figure 646347DEST_PATH_IMAGE105
在实际的控制中，模型建立时应该加上对阀门开度的约束。即：
Figure 466535DEST_PATH_IMAGE106
根据本发明的一个实施方式，将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到第一组阀门开度值的方法还包括：
通过滚动时域优化与模型参数优化对阀门开度的预测值进行优化。
在本实施例中，对于计算得到的阀门开度的预测值
Figure 507435DEST_PATH_IMAGE107
，/>
Figure 325349DEST_PATH_IMAGE108
已经作用于系统，计算得到的其它/>
Figure 950234DEST_PATH_IMAGE109
都予以舍弃，采用新的当前值温度值作为初值，重复计算阀门开度的预测值，实现控制参数在时间域上的滚动，滚动时间间隔为10分钟/次。
当在时间域上滚动优化阀门开度时，若出现外部环境或者系统特征剧烈改变的情况，比如系统结垢严重影响传热效率或者外界环境温度急剧下降等。此时，模型的阀门控制参数与实际值差距较大，应该重新辨识。步骤如图5程序框图所示。这里设定参数辨识的时间间隔与滚动优化时间间隔相同，为10分钟/次。最后可以得到对A户和B户室内温度的控制曲线，如图6和图7所示。
在另一实施例中，将控制参数更新为：
Figure 839693DEST_PATH_IMAGE110
模型参数优化的时间间隔设定为1月，对于短期来说可以视为固定参数。并对4户中的A户与D户进行控制。可以得到对室内温度的控制曲线，如图8和图9所示。
在还有一些实施例中，将4户中的A户与D户进行控制改变为对全体4户进行控制。可以得到对4户室内温度控制曲线如图10、图11、图12和图13所示。
根据本发明的一个实施方式，阀门控制模型为通过对阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据进行拟合获得包括：
若到达拟合时间间隔，则重新基于阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据，进行阀门控制模型的参数拟合。
不仅如此，为实现上述发明目的，本发明还提供一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制系统，图2示意性表示根据本发明的另一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制系统的流程图，如图2所示，根据本发明的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制系统，该系统包括：
第一室内温度数据获取模块，用于获取阀门开度值作用下的第一室内温度数据；
阀门控制模型获取模块，用于对阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据进行拟合获得阀门控制模型；
阀门开度的预测值获取模块，用于将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值；
阀门控制模块，用于将阀门开度的预测值远程作用于供热管道中热水进水口的阀门。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种电子设备，该电子设备包括：处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法。
为实现上述发明目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法。
基于此，本发明的有益效果在于，本发明针对供热管道中热水进水口阀门使用模型预测控制调节方法，将室内温度调节至设定值；实现提升用户舒适度，提高能量使用效率的效果；同时能够达到减少供热系统的温室气体排放量，节能减排的效益。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的模块及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本发明实施例方案的目的。
另外，在本发明实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例节能信号发送/接收的方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
应理解，本发明的发明内容及实施例中各步骤的序号的大小并不绝对意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

Claims (8)

1.一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法，其特征在于，包括：
获取阀门开度值作用下的第一室内温度数据；
将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值；
将所述阀门开度的预测值远程作用于供热管道中热水进水口的阀门；
所述阀门控制模型为通过对阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据进行拟合获得。
2.根据权利要求1所述的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法，其特征在于，所述将第一室内温度数据输入至所述阀门控制模型中，计算得到所述阀门开度的预测值的方法包括：
针对热水阀的控制参数，随机设定一组初始值；通过该组热水阀的控制参数，使用所述阀门控制模型，对阀门开度值进行计算，得到基于所述阀门开度值的所述第一室内温度数据值；对所述第一室内温度数据值与实际值求方差和，确定控制参数，使得所述第一室内温度数据值与实际值方差和
Figure 413250DEST_PATH_IMAGE001
最小，该控制参数被认定为所述阀门开度的预测值，其中/>
Figure 127128DEST_PATH_IMAGE001
的数学表达式为，
Figure 578969DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure 131436DEST_PATH_IMAGE003
表示室内温度的实际值；
Figure 883491DEST_PATH_IMAGE004
表示第一室内温度数据值。
3.根据权利要求2所述的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法，其特征在于，所述将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值的方法还包括：
求得阀门开度的预测值，使得在所述阀门开度的预测值下，通过阀门控制模型计算得到的第二室内温度与设定的室内温度值方差和
Figure 502691DEST_PATH_IMAGE005
最小，该过程的表达式为，
Figure 691096DEST_PATH_IMAGE006
Figure 296521DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 762137DEST_PATH_IMAGE008
表示原点二范数；
Figure 581932DEST_PATH_IMAGE009
、/>
Figure 867420DEST_PATH_IMAGE010
和/>
Figure 525803DEST_PATH_IMAGE011
表示系数矩阵；
Figure 986872DEST_PATH_IMAGE012
表示温度初值；
Figure 839552DEST_PATH_IMAGE013
表示阀门开度值；
Figure 18861DEST_PATH_IMAGE014
表示阀门开度值的预测值的矩阵形式；/>
Figure 90722DEST_PATH_IMAGE015
表示阀门开度的预测值。
4.根据权利要求3所述的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法，其特征在于，所述将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到第一组阀门开度值的方法还包括：
通过滚动时域优化与模型参数优化对所述阀门开度的预测值进行优化。
5.根据权利要求4所述的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法，其特征在于，所述阀门控制模型为通过对阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据进行拟合获得，包括：
若到达拟合时间间隔，则重新基于阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据，进行所述阀门控制模型的参数拟合。
6.一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制系统，其特征在于，包括：
第一室内温度数据获取模块，用于获取阀门开度值作用下的第一室内温度数据；
阀门控制模型获取模块，用于对阀门的开度值和该开度值作用下室内温度历史数据进行拟合获得所述阀门控制模型；
阀门开度的预测值获取模块，用于将第一室内温度数据输入至阀门控制模型中，计算得到阀门开度的预测值；
阀门控制模块，用于将所述阀门开度的预测值远程作用于供热管道中热水进水口的阀门。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的一种调节供暖热水阀开度的模型预测控制方法。
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