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M. Killian, B. Mayer, A. Schirrer, M. Kozek:
"Verteilte kooperative modellprädiktive Temperaturregelung für komplexe Gebäude";
e & i Elektronik und Informationstechnik (invited), 132 (2015), 08; 474 - 480.

In this work a distributed Cooperative Fuzzy Model
Predictive Control (CFMPC) scheme for building heating
control is presented. The dynamical non-linear
building model is described by a local linear model network
(LLMN). These LLMNs are described by Takagi-
Sugeno- (TS-) Fuzzy-models. These TS-Fuzzy-models
represent the non-linear complex building model with
local linear models, which are easy to handle by a model
predictive control (MPC) strategy. Because of the
non-linearity the resulting MPC is given by an fuzzy
MPC (FMPC). In this work a specific building is given,
which is split into two zones and one coupling zone. The
two zones are controlled by fan coils and the coupling
zone is controlled by a thermally activated building system
(TABS) which manipulates the temperature of the
concrete core. Because of the coupling zone a relaxation
and a cooperative control strategy were chosen. The
cooperative iteration update defines a manipulated variable
TABS as a disturbance for the other FMPCs and
vice versa for the coupling MPC. Furthermore, MPC
in general is effective for handling input and output
constraints. Therefore, it is a useful tool for building
control. Furthermore, a specific demonstration building
is described and simulation results show the benefits of
the presented controller strategy.

In dieser Publikation wird eine
verteilt kooperative modellprädiktive Temperaturregelung
für komplexe Gebäude präsentiert. Das nichtlineare
Gebäudemodell wird mittels Takagi-Sugeno- (TS-)
Fuzzy-Modellen mathematisch formuliert. TS-Fuzzy-
Modelle sind lokal lineare Modellnetzwerke, welche als
Gesamtheit ein nichtlineares Modell wiedergeben. Modellprädiktive
Regelung von TS-Fuzzy-Modellen führt
zu einem nichtlinearen Regelungskonzept, dem sogenannten
fuzzy-modellprädiktiven Regler (FMPC). Wegen
der speziellen Zonen-Modellierung von komplexen
Gebäuden und der Abhängigkeit von Kopplungszonen,
welche sich über ein gesamtes Stockwerk erstrecken,
wird ein relaxierter kooperativer FMPC eingesetzt. Die
Relaxierung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kopplungszone
getrennt von den Zonen-FMPC geregelt wird
und als Störgröße in die Kooperation der FMPCs miteingeht.
Neben der einfachen Trennung von Zonen ist
dieses Konzept wegen der MPC-Struktur für komplexe
Gebäude sehr geeignet, da dieses mit Beschränkungen
in Ein- und Ausgangsgrößen optimal umgehen kann.
Neben der Modellierung und dem Regelungsschema
wird ebenso ein Simulationsbeispiel für ein spezielles
Demonstrationsgebäude angegeben, welches die Vorteile
dieses Konzepts hervorhebt.

kooperativer MPC, Fuzzy-MPC, TS-Fuzzy-Modell, Temperaturreregelung von Gebäuden

http://dx.doi.org/10.1007/s00502-015-0374-6

Project Head Martin Kozek:
Robuste Prädiktive Regelstrategien zur Optimierung des Energieeinsatzes in Gebäuden