Model-based controller design methods for heating systems

Abstract

Dynamical models of heating systems are derived taking into account the multiplication of temperature difference and flow rate, arising from the heat power balances. Multilinear time-invariant (MTI) models in tensor representation are shown to be adequate for heating systems. Tensor decomposition techniques are applied for rank reduction. A method to derive multilinear approximations of nonlinear models is presented. The multilinear property is used for the controller design. Further model-based controller designs for different heating system examples using nonlinear and switched affine models are discussed and evaluated.

Dynamische Modelle von Heizungsanlagen werden erstellt, wobei die Multiplikation von Temperaturdifferenz und Volumenstrom, die in den Wärmeleistungsbilanzen auftritt, berücksichtigt wird. Heizungsanlagen können als multilineare zeitinvariante (MTI) Modelle in Tensordarstellung modelliert werden, für die Methoden der Tensordekomposition zur Reduzierung des Ranges anwendbar sind. Eine Methode um multilineare Approximationen von nichtlinearen Modellen zu erstellen wird vorgestellt. Die multilineare Eigenschaft wird für den Reglerentwurf verwendet. Weitere modellbasierte Reglerentwürfe für nichtlineare und stückweise affine Modelle unterschiedlicher Heizungsanlagen werden diskutiert und bewertet.