Nichtlineare modellpradiktive Regelung eines Supermarkt- Kuhlsystems mit hybrider Dynamik

摘要

Supermarkt-Kuhlsysteme lassen sich geeignet durch hybride Modelle beschreiben, da sie sowohl diskret schaltende Aktuatoren (Ventile und Kompressoren) als auch autonomes Schalten zwischen verschiedenen kontinuierlichen Dynamiken aufweisen. Das Hauptziel der Regelung dieser Systeme ist es, die Temperaturen in den Kuhlvitrinen innerhalb enger Grenzen zu halten und dabei den Verschleiss der Kompressoren, der durch haufiges Ein- und Ausschalten zunimmt, zu minimieren. Da die heutzutage genutzten dezentralen Regelungskonzepte diese Anforderungen oft nicht erfullen, wird in diesem Beitrag eine neue hierarchische modellpradiktive Regelungsstrategie vorgestellt, die speziell auf Supermarkt-Kuhlsysteme zugeschnitten ist: Auf einer unteren Ebene werden zur direkten Regelung des Prozesses einfache diskrete Regler eingesetzt, wahrend auf einer hoheren Ebene die kontinuierlichen und die diskreten Parameter der unterlagerten Regler durch nichtlineare modellbasierte Optimierung auf gleitenden Zeithorizonten angepasst werden. Der Hauptvorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass fur den zeitintensiven nichtlinearen Optimierungsschritt ausreichend grosse Zeithorizonte zur Verfugung stehen, in denen die unterlagerten Regler den effizienten Betrieb des Systems gewahrleisten. Simulationsstudien an einem rigorosen nichtlinearen Prozessmodell zeigen, dass durch diese Strategie die Schaltfrequenz der Kompressoren im Vergleich zu traditionellen Regelungskonzepten und anderen modellpradiktiven Ansatzen deutlich verringert werden kann.