基于滑模变结构模型的建筑物节能复合分析方法及系统

摘要

本发明涉及建筑物节能领域，特别是涉及一种基于滑模变结构模型的建筑物节能复合分析方法及系统。所述方法具体包括1、被加热区域的简化数学模型；2、设计基于滑模变结构的温度分析系统；最后得到上述方法中，输入量是检测到的房间温度T_r、建筑物墙体温度T_b以及温度设定值输出量是供暖系统应该输出的热量，即热量输入值Q_h；所述房间温度获取系统、建筑物墙体温度获取系统、温度设定系统分别采集或设定的温度输入至建筑物节能复合分析模块，建筑物节能复合分析模块输出供暖系统应该输出的热量至供暖控制系统，供暖控制系统进行输出热量的控制。本发明的方法求导出供暖系统应该输出的热量，即热量输入值Q_h，合理支配建筑物热量供应而达到节能目的。

主权项

一种基于滑模变结构模型的建筑物节能复合分析方法，所述方法具体如下：1.1根据热力学第一定律和该定律与实际温度测量系统的一致性，能得到热力系统结构化和动态化时变规律,从而得到被加热区域的简化数学模型,如下式：${\tau }_1\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dt}}+T_r={\tau }_1{R}_1\frac{{\mathrm{dQ}}_h}{\mathrm{dt}}+(R_1+R_2)Q_h+T_b---\left(1\right)$式中,T_r为房间温度，T_b为建筑物墙体温度，Q_h为热量输入，τ₁＝C_bR₂,C_b为房间结构热熔,R₁为内部线性热阻,R₂为外部线性热阻,R₁、R₂可根据建筑墙体材料来确定；1.2设计基于滑模变结构的温度分析系统：1)滑模面设计选择状态变量代表温度误差，即得到如下方程$\left\{\begin{array}{c}{x}_1=e={T_r}^{*}-T_r\\ x_2=\stackrel{·}{e}={{\stackrel{·}{T}}_r}^{*}-{\stackrel{·}{T}}_r\end{array}\right.---\left(2\right)$定义切换函数S＝cx₁+x₂，其中c>0；2)求取控制律为了保证滑模可达性，采用指数趋近律，如下式$\begin{array}{cc}\stackrel{·}{S}=-ϵ\sin \mathrm{gS}-\mathrm{kS}& ϵ>0,k>0---\left(3\right)\end{array}$其中sign是一个符号函数，定义如下$\mathrm{signS}\left\{\begin{array}{cc}1& S>0\\ -1& S<0\end{array}\right.$下面推导控制率：将S＝cx₁+x₂带入上式(3)，可得$\begin{array}{c}\stackrel{·}{S}=-\mathrm{ϵsignS}-\mathrm{kce}-k\stackrel{·}{e}\\ =-\mathrm{ϵsignS}-k\stackrel{·}{e}-\mathrm{kc}{T_r}^{*}+{\mathrm{kcT}}_r\end{array}---\left(4\right)$由(1)式可得$T_r=R_1\frac{{\mathrm{dQ}}_h}{\mathrm{dt}}-{\tau }_1\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dt}}+(R_1+R_2)Q_h+T_b---\left(5\right)$将(5)式带入(4)式得$\stackrel{·}{S}=-\mathrm{ϵsignS}-k\stackrel{·}{e}-{{\mathrm{kcT}}_r}^{*}+\mathrm{kc}\{R_1\frac{{\mathrm{dQ}}_h}{\mathrm{dt}}-{\tau }_1\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dt}}+(R_1+R_2)Q_h+T_b\}---\left(6\right)$从而求出输出u的表达式$u=Q_h=\{\stackrel{·}{S}+\mathrm{ϵsignS}+k\stackrel{·}{e}+{{\mathrm{kcT}}_r}^{*}-\mathrm{kc}(R_1\frac{{\mathrm{dQ}}_h}{\mathrm{dt}}-{\tau }_1\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dt}}+T_b)\}/(R_1+R_2)---\left(7\right)$对其参数化可得$u=Q_h=A\stackrel{·}{S}+\mathrm{BsignS}+C\stackrel{·}{e}+{\mathrm{DT}}_r^{*}+E\frac{{\mathrm{dQ}}_h}{\mathrm{dt}}+F\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dt}}F\frac{{\mathrm{dT}}_r}{\mathrm{dt}}-{\mathrm{GT}}_b---\left(8\right)$所述$A=\frac{1}{R_1+R_2};B=\frac{ϵ}{R_1+R_2};C=\frac{k}{R_1+R_2};D=\frac{\mathrm{kc}}{R_1+R_2};E=\frac{{-\mathrm{kcR}}_1}{R_1+R_2};$$F=\frac{{\mathrm{kc\tau }}_1}{R_1+R_2};G=\frac{\mathrm{kc}}{R_1+R_2};$上述方法中，输入量是检测到的房间温度T_r、建筑物墙体温度T_b以及温度设定值T_r^*，输出量是供暖系统应该输出的热量，即热量输入值Q_h。