地暖系统的量子遗传约束广义预测控制.pdf

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1、地暖系统的量子遗传约束广义预测控制吴忠强，等QuantumGeneticConstraintGeneralizedPredictiveControlfortheFloorHeatingSystem关当琵邹程飞(燕山大学电气工程学院工业计算机控制工程河北省重点实验室，河北秦皇岛066004)摘要：针对地板辐射采暖系统具有大惯性、参数不确定和外部随机f扰等特点，提lf}j‘r·种鏊_f量于遗传算法(QGA)的约束广义预测控制(GPC)办法，，该方法将GPC的控制增屠作为量子染色体的摹阒，通过璜子旋转『】扩展种群多样性，并滚动优化(jPC的控制增量△n(t)，，试验表明，与常规J～义预测控制栩比，该

2、控制方法具有良好的控制效果和更强的鲁棒性，，关键词：地板辐射采暖系统预测控制遗传算法大惯性鲁棒性中图分类号：3"1"273文献标志码：AAbstract：nefloorradiationheatingsystemfeaturesh,geinertia。uncertainparametersandexte,riorrandomin协rI；mnce。forthis，theconstraintgenerMizedpredictivecontrol(GPC)methodbasedonquantumgeneticalgorithm(QGA)isprolxJ．∽,d．Withthismethod，thec

3、ontrolincrementofr；Pcisusedasthegeneofquantumchromosomes．andtobeoptimizedthroughthequantumrotatingg',deandthediversityofgnmpisexpandedbythequantumrotatinggate．Theexperimentsindicatethatcomparingwithconventionalgeneralizedpredictivecontrol，thismethodpossessesexcellentcontroleffectsandhigherrobustness

4、．Keywords：RadiantfloorheatingsystemPredictivecontrol(genetic"algorithmI．argeineniMRobustness0引言地板辐射采暖系统(简称地暖系统)作为一种新兴的采暖末端装置，以其节能、舒适、卫生等优点而逐渐被消费者所接受¨。1。在理想情况下，可将地暖系统看作一个参数不确定的线性无约束大惯性系统。在室内空气温度达到预设值的实际过程中，要求地暖系统控制器的输入、输出信号满足多种约束条件14。1。广义预测控制在广义最小方差控制的基础上二，在优化过程巾引人多步预测的思想，具有较强的鲁棒性。对于过程参数慢时变系统，广义预测控制易

5、于在线估计参数，实现自适应控制。因此，本文提出一种将约束条件引入广义预测控制的方法，并将其应用于地暖控制系统中。但将约束广义预测控制应用于参数不确定的地暖系统后，会使求解控制量的滚动优化问题变得复杂，导致迭代求解的计算量较大。对此，本文引人量子遗传算法滚动优化广义预测控制的控制增量Au(后)。试验表明，该算法取得了较好的控制效果。1地暖系统数学模型建立地暖系统模拟结构如图l所示m71。修改稿收到日期：201l—Ol一27。第一作者吴忠强(1066一)．男．2903年于中国矿业大学控制理论与控制工程专业，获博士学位，教授；主要从事控制理论与应用方面的研究。《自动化仪表》第33卷第1期2012年1

6、月瓷砖蹰层水泥砂浆面层泡沫保温层供暖塑料管nf、^n(．)等效嘲络圈fb，建筑结构简圈图l地暖系统模拟结构图Fig．1Simulativestructureoffloorheatingsystem图l中：标号1—4分别为系统的四个热平衡点；th为房间空气温度；I。为地板温度巩t为水泥砂浆填层的上表面温度；I。为供暖管表面温度；tb为供暖管中的热水温度，作为控制量；tbo为保温层的温度；t。为室外空气温度，设t。=0℃；t。为室内平均辐射温度；‰为室内外空气传热系数；I

7、}’。为吊顶与室内空气的传热系数，可近似认为k’。=％；ao为房问内空气的传热系数；k。为地面面层材料的传热系数，本文选择瓷砖

8、作为面层材料；J}：为水泥砂浆填层的传热系数；k，为保温层泡沫传热系数；k为供暖管管壁的传热系数。忽略房间内其余各表面与空气间的对流换热，由平衡点1的热平衡关系，得到数学方程如式(1)所示：鲁d=坐C}“半告(1)一=一+七．～Ilf-’c．c．，’．39地暖系统的量子遗传约束广义预测控制吴忠强，等式巾：地断瓷砖热容c，=Cp．P。占。，其巾，c¨p。、6。分别为瓷砖的比热、密度和厚度；，·为房间