一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法与流程

本申请涉及自动控制，具体涉及一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法。

背景技术：

1、变风量空调系统通常通过房间末端、供风机、换热盘管和新风阀等设备调节区域风量及送风状态。现有控制器多针对总风量、末端阀位、送风温度和新风比例分别设置反馈环路，各环路依据自身偏差产生增量指令，再按照固定优先级、固定步长或者简单叠加方式写入相关执行通道。由于供风机频率、冷却阀开度和新风阀开度会同时影响风量、风阀状态及送风温度，一个环路的调节动作可能改变其他环路的受控量。

2、在负荷变化、末端设定值调整及室外空气状态变化时，多个反馈偏差可能在相邻控制周期内同时出现。固定分配方式通常依据局部偏差或预设优先级确定动作，缺少面向多个反馈环路和多个执行通道的统一协调。当某一环路连续产生较大调节动作时，其他环路可使用的调节空间随之减小，容易出现指令往复、反馈量短时偏离和执行器持续触及边界等现象，使执行能力受限条件下的多个反馈环路难以保持协调调节。

技术实现思路

1、本申请提供一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法，以解决变风量空调系统执行能力受限时多个反馈环路争用共享执行通道而难以协调调节的技术问题。

2、本申请第一方面提供的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法，包括以下步骤：

3、步骤s1，采集需求总风量、实测总风量、代表阀位、实测送风温度及供风机频率指令比、冷却阀开度指令比和新风阀开度指令比，形成反馈向量、反馈误差向量和当前执行指令向量；

4、步骤s2，以相邻控制周期的反馈向量增量和上一周期执行指令增量更新环路执行器作用矩阵；

5、步骤s3，根据当前执行指令向量形成正向剩余裕度向量和反向剩余裕度向量，根据环路执行器作用矩阵与反馈误差向量形成校正方向向量，并依据校正方向向量的分量符号确定方向剩余裕度向量；

6、步骤s4，根据反馈误差向量、环路执行器作用矩阵和方向剩余裕度向量形成反馈误差裕度比向量、反馈裕度分配矩阵和环路校正包络向量；

7、步骤s5，在执行行程约束、执行方向约束和反馈修正约束下，根据反馈误差裕度比向量求解协调执行增量向量；

8、步骤s6，将协调执行增量向量叠加至当前执行指令向量，经0至1边界饱和处理形成协调控制指令向量，并输出三个执行通道的指令比。

9、本申请第二方面提供的一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行上述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法。

10、本申请第三方面提供的一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法。

11、本申请的有益效果在于：本申请通过在线更新环路执行器作用矩阵，表征供风机、冷却阀和新风阀对总风量、代表阀位及送风温度的局部交叉作用，并可随运行区间变化修正该作用关系；依据当前指令位置和校正方向确定各执行通道可用行程，再利用反馈误差裕度比和反馈裕度分配矩阵形成各反馈环路的校正包络。协调执行增量在行程、方向和反馈修正约束下统一求解，可减少单一环路连续占用共享执行通道行程引起的相互干扰，同时限制指令越界和反向调节，使多个反馈环路在负荷变化及执行能力受限时保持较为一致的调节关系，适配供风机与阀门的实际允许运行范围，并提高对常见工况变化的适应性。

1.一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法，应用于变风量空调系统的多环路控制，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法，其特征在于，步骤s1包括以下步骤：汇总各变风量末端的需求风量，获得需求总风量；获取通过通信检查和合理性检查的有效末端集合，汇总所述有效末端集合的实测风量，获得实测总风量；对所述有效末端集合的阀位执行稳定统计，获得代表阀位；获取实测送风温度。

3.根据权利要求1所述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法，其特征在于，步骤s1还包括以下步骤：分别以设计总风量跨度、有效阀位跨度和允许送风温度跨度归一化实测总风量、代表阀位和实测送风温度，形成反馈向量；分别以所述三个跨度归一化需求总风量与实测总风量的差值、目标代表阀位与代表阀位的差值以及目标送风温度与实测送风温度的差值，形成反馈误差向量；按照供风机频率指令比、冷却阀开度指令比和新风阀开度指令比的顺序形成当前执行指令向量。

4.根据权利要求1所述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法，其特征在于，步骤s2包括以下步骤：在系统调试阶段，于互不重叠的调试时段分别改变三个执行通道的指令并记录反馈向量变化，获得环路执行器作用矩阵初值；在每个控制周期计算反馈向量增量和上一周期执行指令增量，根据反馈向量增量与环路执行器作用矩阵对上一周期执行指令增量的预测值之间的差值，结合作用矩阵更新因子和数值稳定项更新环路执行器作用矩阵。

5.根据权利要求1所述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法，其特征在于，步骤s3包括以下步骤：根据执行指令上边界向量与当前执行指令向量的差值形成正向剩余裕度向量，以当前执行指令向量形成反向剩余裕度向量；以环路执行器作用矩阵的转置矩阵与反馈误差向量的乘积形成校正方向向量；依据校正方向向量的分量符号，在正向剩余裕度向量与反向剩余裕度向量的对应分量中确定方向剩余裕度向量，其中，分量符号为0时取对应正向剩余裕度与反向剩余裕度的平均值。

6.根据权利要求1所述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法，其特征在于，步骤s4包括以下步骤：按照反馈环路，以反馈误差向量的分量绝对值除以数值稳定项与全部执行通道的方向投影裕度之和，形成反馈误差裕度比向量；按照执行通道，对环路执行器作用矩阵元素绝对值与反馈误差裕度比向量对应分量的乘积进行归一化，形成反馈裕度分配矩阵；将反馈裕度分配矩阵元素、环路执行器作用矩阵元素绝对值与方向剩余裕度向量对应分量的乘积按执行通道求和，形成环路校正包络向量。

7.根据权利要求1所述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法，其特征在于，步骤s5包括以下步骤：以执行指令增量为优化决策向量，将环路执行器作用矩阵与执行指令增量的乘积作为预测反馈修正向量；根据反馈误差裕度比向量对预测反馈修正向量与反馈误差向量的分量差平方进行加权，根据方向剩余裕度向量对执行指令增量的分量平方进行正则化，并以执行增量正则权重调节正则化项；设置由正向剩余裕度向量和反向剩余裕度向量限定的执行行程约束、由校正方向向量限定的执行方向约束以及由环路校正包络向量限定的反馈修正约束，求解协调执行增量向量。

8.根据权利要求1所述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法，其特征在于，步骤s6包括以下步骤：将协调执行增量向量叠加至当前执行指令向量，对叠加后的三个分量执行0至1边界饱和处理，形成协调控制指令向量；将协调控制指令向量的三个分量依次写入供风机变频器、冷却阀执行器和新风阀执行器，并将协调控制指令向量作为下一控制周期的当前执行指令向量。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至8中任一项所述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法的步骤。

10.一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有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行如权利要求1至8中任一项所述的一种基于反馈裕度分配的多环路协调控制方法。