第五届挑战赛B2-中央空调系统的数据分析与控制策略

摘要： 

随着经济社会的发展，中央空调的使用在大中型城市中越来越普遍，随之而来的是 中央空调的智能控制与节能问题。我们从数学模型角度考虑系统动态实时的控制，并采 用动态分析方法，对系统进行优化控制。

针对问题一，我们首先对数据进行预处理，利用三均值对数据的变化特征进行初步 判断；然后，根据干球温度、湿球温度和湿度等变量的周期性变化特点，我们每隔七天 选取一天的数据进行分析。再者，通过多元回归分析，得到冷却负载、系统效率、耗电 量和各个可控变量与不可控变量之间的多元回归方程。最后，随机选取了部分数据，计 算得到模型的均方误差小于5 %，因此，模型具有较高的可靠性。

针对问题二，在时间、室外温度和湿度、冷却负载和设备状态已知的前提下，我们以各个设备的转速为决策变量，以中央空调系统效率和系统总耗电量为目标函数，以设 备转速取值范围、设备状态参数取值、热稳定性范围为约束条件，建立多目标非线性规 划模型。然后以12月28日的数据为基础，通过模拟退火算法求解最优解，并进行对比 分析，得出总耗电量平均下降了15.29%，系统效率平均下降了19.73%。

针对问题三，在模型二的基础上，我们以各个设备的开关状态为决策变量，以中央 空调系统效率和系统总耗电量为目标函数，建立多目标非线性规划模型。之后，我们仍 以12月28日数据为基础进行求解，经过对比分析得到总耗电量平均下降了18.34%， 系统效率平均下降了18.98%针对问题四，综合上述模型，我们以各个设备的状态和转速为决策变量，并加入系统设备开关次数和时间间隔的约束条件，完善优化模型。然后，我们使用最速下降法改进了模拟退火算法，大大提高了模型的求解效率。之后，我们随机选取了附件所给的数 据进行优化，经过对比分析，得出总耗电量和系统效率显著地下降。

关键词：中央空调；多元回归分析；多目变非线性规划；模拟退火算法

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