scholarly journals Numerical optimization of the transfer function of the intelligent building management system

2019 ◽  
Vol 97 ◽  
pp. 01015
Author(s):  
Pavel Sadchikov ◽  
Tatyana Khomenko ◽  
Galina Ternovaya
Keyword(s):  
Transfer Function ◽  
Control Systems ◽  
Numerical Optimization ◽  
Parametric Models ◽  
Complex Conjugate ◽  
Intelligent Building ◽  
Building Management ◽  
Building Management System ◽  
And Control ◽  
Energy Information

The paper deals with structural-parametric models for describing dynamic processes of technical systems of an intelligent building. The task of searching for the transfer function of the synthesized elements and devices of its information-measuring and control systems based on the Mason method is formalized. The components of the transfer function are presented in the form of characteristic polynomials in the structural scheme of the energy-information model of the circuit. The results of a comparative analysis of search methods for multiple real and complex conjugate polynomial roots are presented. To organize their search, an iterative method of unconditional optimization of Fletcher-Reeves was chosen. This conjugate gradient method allows to solve the problem of numerical optimization in a finite number of steps and shows the best convergence in comparison with the methods of the fastest descent, with the same order of difficulty of performing the steps of the algorithm.

scholarly journals Model-assisted control for energy efficiency in buildings

2017 ◽  
Author(s):  
Γεώργιος Κόντες
Keyword(s):  
Energy Efficiency ◽  
Model Predictive Control ◽  
Control Systems ◽  
Predictive Control ◽  
Air Conditioning ◽  
Building Automation ◽  
Building Management ◽  
Automation And Control ◽  
Building Management System ◽  
And Control

Τα τελευταία χρόνια, η βελτιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης κτηρίων έχει λάβει σημαντική προσοχή. Αυτό το ενδιαφέρον είναι δικαιολογημένο, μιας και τα κτήρια είναι υπεύθυνα για ένα μεγάλο ποσοστό της τελικής κατανάλωσης ενέργειας. Συγκεκριμένα, στην Ευρώπη το 40% της ολικής κατανάλωσης ενέργειας χρησιμοποιείται για τη λειτουργία των κτηρίων, ενώ ένα μεγάλο ποσοστό από αυτή την ενέργεια χρησιμοποιείται για την επίτευξη θερμικής άνεσης στους εσωτερικούς χώρους. Επομένως η βελτιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης κτηρίων κατά τη διάρκεια της χρήσης τους έχει πολλαπλά οφέλη και προς την κατεύθυνση της μείωσης της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας και προς την κατεύθυνση της βελτίωσης της θερμικής άνεσης των χρηστών.Στην ενεργειακή διαχείριση των κτηρίων, κεντρικό ρόλο παίζουν τα Συστήματα Διαχείρισης Κτηρίων (Building Management System (BMS)) ή Συστήματα Αυτοματισμού και Ελέγχου Κτηρίων (Building Automation and Control Systems (BACS)). Τα συτήματα αυτά προσφέρουν λειτουργίες παρακολούθησης της απόδοσης του κτηρίου, καθώς και λειτουργίες ελέγχου όλων των συστημάτων Θέρμανσης, Ψύξης και Κλιματισμού (Heating Ventilation and Air Conditioning (HVAC)). Πολυ συχνά η εγκατάσταση και η παράδοση των BMS στοχεύει στην σωστή εγκατάσταση του εξοπλισμού και στην επίτευξη κάποιας βασικής λειτουργικότητας στον μικρότερο δυνατό χρόνο και όχι στην βελτιστοποίηση της ολικής λειτουργίας του συστήματος. Για το τελευταίο, έχουν αναπτυχθεί επεκτάσιμα και ευέλικτα συστήματα BMS. Εδώ το BMS χωρίζεται σε δύο διακριτά μέρη: στην τοπική εγκατάσταση και στην απομακρυσμένη εγκατάσταση. Η τοπική εγκατάσταση περιλαμβάνει την διαχείριση των τοπικών βρόχων ελέγχου (για παράδειγμα PID ελεγκτές), καθώς και τη συλλογή δεδομένων και την αποστολή τους στο απομακρυσμένο σύστημα. Το απομακρυσμένο σύστημα με τη σειρά του είναι υπεύθυνο για την εκτέλεση πιο πολύπλοκων υπηρεσιών, συνήθως σε ένα περιβάλλον υπολογιστικού νέφους (cloud-based). Η διαθεσιμότητα μιας τέτοιας υπολογιστικής πλατφόρμας επιτρέπει την υλοποίηση και χρήση εξελιγμένων και πολύπλοκων υπηρεσιών ενεργειακής διαχείρισης κτηρίων, που δεν θα μπορούσαν να αναπτυχθούν στον εξοπλισμό που είναι διαθέσιμος στην τοπική εγκατάσταση, λόγω της υπολογιστικής τους πολυπλοκότητας.Αυτό το περιβάλλον ευνοεί και την ανάπτυξη εξελιγμένων αλγορίθμων/μεθοδολογιών ενεργειακής διαχείρισης κτηρίων. Μια από τις πιο διαδεδομένες μεθοδολογίες τέτοιου τύπου είναι ο Προβλεπτικός Έλεγχος με χρήση Μοντέλων (Model Predictive Control (MPC)). Εδώ ένα μοντέλο του κτηρίου, καθώς και προβλέψεις για τις μελλοντικές και καιρικές συνθήκες και την πληρότητα του κτηρίου, είναι διαθέσιμα. Χρησιμοποιώντας αυτές τις διαθέσιμες πληροφορίες, μπορεί να οριστεί ένα πρόβλημα βελτιστοποίησης ώστε να σχεδιάσουμε βελτιστοποιημένες αποφάσεις ελέγχου για όλα τα συστήματα του κτηρίου και για ορισμένο χρονικό διάστημα στο μέλλον (π.χ. για τις επόμενες 24 ώρες). Οι διαφορετικές αυτές στρατηγικές ελέγχου αξιολογούνται με βάση το μοντέλο ως προς μια ορισμένη συνάρτηση κόστους (π.χ. η συνολική κατανάλωση ενέργειας του κτηρίου) και ένα σύνολο περιορισμών στην (θερμική, οπτική, ακουστική, κ.λ.π.) άνεση των χρηστών του κτηρίου. Στη συνέχεια, μόνο η πρώτη απόφαση ελέγχου εφαρμόζεται στα συστήματα του κτηρίου και η όλη διαδικασία επαναλαμβάνεται.Η κλασική εκδοχή αυτής της μεθοδολογίας στο πεδίο της ενεργειακής διαχείρισης κτηρίων έχει συγκεκριμένα μειονεκτήματα, κυρίως ως προς την ικανότητα να συμπεριλάβει με γενικό τρόπο πιο πολύπλοκους δείκτες θερμικής άνεσης, όπως είναι ο δείκτης Fanger, καθώς και η απαίτηση για γραμμικά ή διγραμμικά μοντέλα κτηρίων, ώστε το τελικό πρόβλημα βελτιστοποίησης να είναι κυρτό (convex).Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στην παρούσα εργασία έχει σαν στόχο να αντιμετωπίσει αυτά τα μειονεκτήματα, διατηρώντας παράλληλα και τα πλεονεκτήματα του MPC. Η συγκεκριμένη μεθοδολογία έχει τη δυνατότητα να σχεδιάζει βελτιστοποιημένες αποφάσεις ελέγχου για όλα τα συστήματα του κτηρίου ταυτόχρονα. Αρχικά, σχεδιάζεται ένα σετ από παραμετρικούς ελεγκτές για όλα τα συστήματα του κτηρίου, ακολουθώντας τα σχετικά πρότυπα στη βιβλιογραφία. Στη συνέχεια – και με δεδομένες τις προβλέψεις για τις καιρικές συνθήκες και την πληρότητα του κτηρίου – ένας στοχαστικός αλγόριθμος βασισμένος σε μετα-μοντέλα χρησιμοποιείται για να σχεδιαστούν υποψήφιες στρατηγικές ελέγχου για το κτήριο. Οι στρατηγικές αυτές αξιολογούνται χρησιμοποιώντας ένα λεπτομερές μοντέλο προσομοίωσης του κτηρίου (που έχει δημιουργηθεί χρησιμοποιώντας λογισμικά θερμικής προσομοίωσης κτηρίων όπως για παράδειγμα το EnergyPlus και το TRNSYS). Τέλος, η τελική (βελτιστοποιημένη) στρατηγική ελέγχου αποστέλλεται στο κτήριο ώστε να εφαρμοστεί στα συστήματα του κτηρίου.Για την επαλήθευση της αποτελεσματικότητας της προτεινόμενης μεθοδολογίας, μια σειρά πειραμάτων σχεδιάστηκε και εκτελέστηκε τόσο σε επίπεδο προσομοίωσης όσο και σε πραγματικές συνθήκες, χρησιμοποιώντας δύο κτήρια, ένα στην Κρήτη και ένα στη Γερμανία. Τα πειράματα σε περιβάλλον προσομοίωσης χρησιμεύουν ώστε να διαπιστωθεί η αποτελεσματικότητα της μεθόδου σε ελεγχόμενο περιβάλλον, χωρίς τυχαίες μεταβολές, ενώ τα πειράματα σε πραγματικές συνθήκες καταδεικνύουν την αποτελεσματικότητα και τη σταθερότητα της προτεινόμενης μεθόδου σε πραγματικές συνθήκες, όπου επιδρούν στοχαστικές διαταραχές στο σύστημα τόσο από τις καιρικές συνθήκες όσο και από τις ενέργειες των χρηστών.Σε όλα τα πειράματα η προτεινόμενη μεθοδολογία κατάφερε να αποδώσει σημαντικά καλύτερα συγκριτικά με την υπάρχουσα στρατηγική ελέγχου των κτηρίων, η οποία χρησιμοποιείται σαν σημείο αναφοράς. Αυτό συμβαίνει γιατί οι στατικές και βασισμένες σε ένα σύνολο προκαθορισμένων κανόνων υπάρχουσες στρατηγικές ελέγχου δεν είναι σε θέση να αντιμετωπίσουν όλες τις προβλεπόμενες και μη διαταραχές που επιδρούν στο σύστημα. Σε αντίθεση, η προτεινόμενη μεθοδολογία με τη χρήση του αναλυτικού μοντέλου θερμικής προσομοίωσης, καθώς και της μεθόδου βελτιστοποίησης είναι σε θέση να σχεδιάζει πιο αποδοτικές στρατηγικές ελέγχου, προσαρμοσμένες στις αναμενόμενες μελλοντικές συνθήκες.Μια σημαντική παράμετρος που διερευνήθηκε μέσω των πειραμάτων είναι το θέμα του ελέγχου βασισμένου στην θερμική άνεση των χρηστών, μιας και είναι ξεκάθαρο από τα αποτελέσματα πως μια στείρα συζήτηση για εξοικονόμηση ενέργειας είναι άστοχη χωρίς σαφή αναφορά στην θερμική άνεση των χρηστών, καθώς υπάρχει ένα σαφές αντιστάθμισμα μεταξύ των δύο (είναι ανταγωνιστικά κριτήρια). Η ανάπτυξη μεθόδων που επιτρέπουν την αυτόματη ρύθμιση της θερμικής άνεσης στους εσωτερικούς χώρους κτηρίων είναι ένα από τα κύρια στοιχεία των εξελιγμένων BMS. Από την άλλη πλευρά, πολύ συχνά η θερμική άνεση ορίζεται σαν μια προκαθορισμένη περιοχή τιμών της θερμοκρασίας του αέρα σε κάθε ζώνη του κτηρίου. Όπως καταδεικνύουν τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας, αν και αυτή η υπόθεση είναι αληθής σε συγκεκριμένα κτήρια και HVAC συστήματα, στη γενική περίπτωση δεν αρκεί για να εξασφαλίσει πραγματική θερμική άνεση για τους χρήστες του κτηρίου, με επιζήμιες επιπτώσεις στην υγεία και την αποδοτικότητα των χρηστών. Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιούμε τον δείκτη Fanger, ο οποίος είναι ένας ορισμός θερμικής άνεσης που περιέχεται στο πρότυπο (ISO) 7730. Ο δείκτης αυτός συνυπολογίζει – ανάμεσα και σε άλλες παραμέτρους – τις επιπτώσεις της θερμοκρασίας αέρα και της θερμοκρασίας λόγω ακτινοβολίας, καθώς και της υγρασίας στους χώρους του κτηρίου.

Smart House - The Building Management System

2014 ◽  
Vol 613 ◽  
pp. 83-95
Author(s):  
Andrzej Piotrowski ◽  
Tadeusz Nieszporek
Keyword(s):  
Control Systems ◽  
Production Systems ◽  
Air Conditioner ◽  
Equipment Operation ◽  
Intelligent Buildings ◽  
Internet Browser ◽  
Building Management ◽  
Building Management System ◽  
Building Control System ◽  
Functional Interface

Unit recently, electronic management systems were reserved exclusively for production systems. The development of technology has enabled the construction of "intelligent buildings", that is buildings equipped with advanced systems to supervise the operation of household equipment. Control systems monitor the condition of the rooms (temperature, humidity) using sensors, and the measurement is analysed by a program resident in the memory of a microcontroller which, based on a developed algorithm, makes the decision to activate the actor – an actuating device (heater, air conditioner). The system acts like a robot, which creates the picture of the world with its sensors and then, based on its built-in "intelligence" (a program), performs a specific operation. The only difference is in the appearance; instead of a human-shaped android, we have a "thinking" building. The intelligent building control system enhances the living comfort of the inhabitants and reduces the energy intensity. A characteristic feature is the user's ability to interfere in equipment operation parameters, e.g. to change the temperature. Therefore, control systems feature a simple and functional interface suited to the skills of an average user. It is activated on any device with an internet browser to enable the remote control of the system.

Physical Interpretation of Transfer Function Zeros for Simple Control Systems With Mechanical Flexibilities

1991 ◽  
Vol 113 (3) ◽  
pp. 419-424 ◽  
Author(s):  
D. K. Miu
Keyword(s):  
Transfer Function ◽  
Control Systems ◽  
Physical Interpretation ◽  
Complex Conjugate ◽  
Flexible Structure ◽  
Resonant Frequencies ◽  
Nonminimum Phase ◽  
Flexible Control ◽  
Real Zeros ◽  
Function Zeros

Physical interpretation of the transfer function zeros of simple control systems with mechanical flexibilities is presented. It is shown that for discrete spring-mass systems and elastic beams, the poles are the resonant frequencies of the flexible structure and the complex conjugate zeros are the resonant frequencies of a substructure constrained by the sensor and actuator. It is also shown that when the flexible control systems become nonminimum phase, the real zeros are the results of nonpropagation of energy within the substructure.

Gesture-Driven System for Intelligent Building Control

2015 ◽  
pp. 390-405
Author(s):  
Marcin Denkowski ◽  
Łukasz Sadkowski
Keyword(s):  
User Interfaces ◽  
Residential Buildings ◽  
The Elderly ◽  
Intelligent Building ◽  
Natural User Interfaces ◽  
Building Management ◽  
Building Systems ◽  
Driven System ◽  
Building Management System ◽  
Building Components

In recent years, intelligent building systems have become standard in residential buildings as well as commercial buildings. This chapter presents a novel system for controlling such buildings using natural user interfaces. Due to advanced logic, it is capable of identifying people occupying defined areas and recognizing their gestures. The system cooperates with a Domatiq System – Intelligent Building Management System, to provide an overall control of the building. This allows the user to control particular building components in a more natural way. Results shows that for the elderly or disabled people a more natural method of controlling some appliances is more convenient than, for example, by remote controllers. This system can also be used to control and monitor such people, giving them a sense of comfort and safety in their homes while respecting their privacy.

Seismic system calibration: 1. Parametric models

1979 ◽  
Vol 69 (1) ◽  
pp. 251-270 ◽  
Author(s):  
W. E. Farrell ◽  
J. Berger
Keyword(s):  
Transfer Function ◽  
Control Systems ◽  
Output Voltage ◽  
Linear Models ◽  
Parametric Models ◽  
System Calibration ◽  
System Models ◽  
Seismic System

abstract We describe linear models of the IDA (International Deployment of Accelerometers) and SRO (Seismic Research Observatories) feedback seismometers obtained by straightforward analysis of the control systems. The most important property of these models is the theoretical transfer function they yield, relating Earth acceleration to output voltage. The parameterization of the theoretical transfer function is described. Several uses of the system models and transfer function are discussed, but we conclude that the parameterized models do not provide a sufficiently accurate means of describing the installed accelerometer's behavior. A speedier, more automatic and more accurate calibration can be obtained by electrically perturbing the seismometer system. This technique is discussed in Part 2.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document