Алгоритмы эволюционного поиска в задачах идентификации параметров водяных систем отопления

Abstract

RU: Цель. Рассматривается решение двух задач, которые обеспечивают внутридомовой учет потребления тепловой энергии в существующих водяных системах отопления. Выделены следующие задачи: 1 – задача распределения потоков в водяной системе отопления; 2 – задача идентификации гидравлических сопротивлений системы отопления. 3 – задача распределения потоков в реальном времени. Математическая модель системы отопления представляется в виде гидравлической цепи с сосредоточенными параметрами. Основными параметрами математической модели являются: расходы по участкам цепи, расходы в узлах цепи, давление в узлах цепи и разность давления по участкам цепи, гидравлические сопротивления участков цепи. Идентификация параметров гидравлической цепи осуществляется методом «математического расходомера». Методика. В основе алгоритмов лежит алгоритм случайного поиска наиболее предпочтительных решений по бинарному отношению выбора. В задаче распределения потоков, используя метод контурных расходов, минимизируется один критерий – критерий рассогласования выполнения второго закона Кирхгофа для контуров сети. В задаче идентификации используются два критерия: критерий рассогласования измеренных и вычисленных параметров гидравлической цепи а также критерий отклонения найденных гидравлических сопротивлений от их предварительных оценок. Последний критерий обеспечивает стабилизацию решения некорректно поставленной обратной задачи идентификации. Результаты. Построены бинарные отношения выбора для решения указанных задач. Общая структура алгоритмов эволюционного поиска не меняется, эволюционный алгоритм включает две функции: функцию генерации и функцию выбора решений по бинарному отношению выбора. Здесь в виде функции выбора для обеих задач используется функция предпочтения. Задача параметрической идентификации сводится к задаче математического программирования. Второй критерий идентификации преобразуется в ограничение в виде неравенства. Научная новизна. Разработано алгоритмическое обеспечение для идентификации параметров водяной системы отопления. При этом используется легко доступное измерение параметров при первоначальной идентификации и при контроле параметров системы отопления в процессе эксплуатации. Для алгоритмов эволюционного поиска не требуется условие выпуклости отношения выбора. Практическая значимость. Разработанное алгоритмическое обеспечение предназначено для оперативного контроля основных параметров водяных систем отопления в процессе эксплуатации. Вместе с необходимым техническим обеспечением оно позволяет создавать системы автоматического контроля потребления тепла отдельными потребителями системы отопления.

UK: Мета. Розглядається рішення двох задач, які забезпечують внутрішньобудинковий облік споживання теплової енергії в існуючих водяних системах опалення. Виділено наступні задачі: 1 - задача розподілу потоків у водяній системі опалення; 2 - задача ідентифікації гідравлічних опорів системи опалення; 3 – задача розподілу потоків у водяній системі опалення у реальному часі. Математична модель системи опалення представляється у вигляді гідравлічної ланцюга з зосередженими параметрами. Основними параметрами математичної моделі є: витрати по ділянках ланцюга, витрати у вузлах ланцюга, тиск у вузлах ланцюга і різниця тиску по ділянках ланцюга, гідравлічні опору ділянок ланцюга. Ідентифікація параметрів гідравлічної ланцюга здійснюється методом «математичного витратоміра» Методика. В основі алгоритмів лежить алгоритм випадкового пошуку найбільш бажаних рішень за бінарним відношенню вибору. У задачі розподілу потоків, використовуючи метод контурних витрат, мінімізується один критерій - критерій неузгодженості виконання другого закону Кірхгофа для контурів мережі. У задачі ідентифікації використовуються два критерії: критерій неузгодженості виміряних і обчислених параметрів гідравлічної ланцюга а також критерій відхилення знайдених гідравлічних опорів від їх попередніх оцінок. Останній критерій забезпечує стабілізацію рішення некоректно поставленої оберненої задачі ідентифікації. Результати. Побудовано бінарні відносини вибору для вирішення зазначених задач. Загальна структура алгоритмів еволюційного пошуку не змінюється, еволюційний алгоритм включає дві функції: функцію генерації і функцію вибору рішень за бінарним відношеннюм вибору. У вигляді функції вибору для обох задач використовується функція переваги. Завдання параметричної ідентифікації зводиться до задачі математичного програмування. Другий критерій ідентифікації перетворюється в обмеження у вигляді нерівності. Наукова новизна. Розроблено алгоритмічне забезпечення для ідентифікації параметрів водяної системи опалення. При цьому використовується легко доступне вимірювання параметрів при первісної ідентифікації та при контролі параметрів системи опалення в процесі експлуатації. Для алгоритмів еволюційного пошуку не потрібно умова опуклості відносини вибору. Практична значимість. Розроблене алгоритмічне забезпечення призначене для оперативного контролю основних параметрів водяних систем опалення в процесі експлуатації. Разом з необхідним технічним забезпеченням воно дозволяє створювати системи автоматичного контролю споживання тепла окремими споживачами системи опалення.

EN: Purpose. We consider the solution of two tasks that provide an intra-house accounting for the consumption of thermal energy in existing water heating systems. The following tasks are distinguished: 1 - the problem of distribution of flows in the water heating system; 2 - the problem of identifying the hydraulic resistance of the heating system. 3 - the task of distributing flows in real time. The mathematical model of the hydraulic circuit is the model with concentrated parameters. The mane parameters of the hydraulic circuit are: flow rates at circuit jets, flow rates at circuit edges of the graph, pressure at circuit jets and difference pressure at circuit edges, hydraulic resistances of circuit edges. Identification of the hydraulic circuit is performed by the method of “mathematical flowmeter”. Methodology. The algorithms are based on the algorithm of random search of the most preferred solutions with respect to the binary choice relation. In the problem of distribution of flows using the method of contour expenditure, one criterion is minimized: the criterion of the mismatch of the fulfilment of Kirchhoff's second law for network contours. In the identification problem, two criteria are used: a criterion for mismatching the measured and calculated parameters of the hydraulic circuit and also a criterion for deviating the found hydraulic resistances from their preliminary estimates. The latter criterion ensures the stabilization of the solution of the ill-posed inverse identification problem. Findings. Binary relations of choice for solving these problems are constructed. The general structure of the algorithms of evolutionary search does not change, the evolutionary algorithm includes two functions: the generation function and the decision selection function with respect to the binary choice relation. Here, the preference function is used as a selection function for both tasks. The problem of parametric identification reduces to the problem of mathematical programming. The second identification criterion is transformed into a restriction in the form of an inequality. Originality. The algorithmic support for the identification of the parameters of the water heating system has been developed. At the same time, an easily accessible measurement of parameters is used for initial identification and for monitoring the parameters of the heating system during operation. For evolution search algorithms, the convexity condition of the choice relation is not required. Practical value. The developed algorithmic support is intended for the operational control of the main parameters of the water heating systems during operation. Together with the necessary technical support, it allows the creation of systems for automatic control of heat consumption by individual consumers of the heating system.