Commande prédictive distribuée. Approches appliquées à la régulation thermique des bâtiments.

Distributed model predictive control. Approaches applied to building temperature

• Auteur / Autrice : Petru-daniel Morosan
• Direction : Jean Buisson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique (STIC)
• Date : Soutenance le 30/09/2011
• Etablissement(s) : Supélec
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, télécommunications, informatique, signal, systèmes, électronique (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique et de Télécommunications de Rennes - Supélec Sciences des Systèmes - EA4454 / E3S
• Jury : Président / Présidente : Mohammed M'Saad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Romain Bourdais, Didier Dumur, Bart De Schutter
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mohammed M'Saad, Mazen Alamir

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isolation thermique

Commande prédictive

Mots clés libres

Commande prédictive

Commande distribuée

Systèmes de grande taille

Méthodes de Décomposition Linéaires

Systèmes de chauffage des Bâtiments

Economie d'énergie

Model Predictive Control

Distributed Control

Large-scale Systems

Linear Decomposition Methods

Building heating Systems

Energy Saving

Résumé

Les exigences croissantes sur l'efficacité énergétique des bâtiments, l'évolution du {marché} énergétique, le développement technique récent ainsi que les particularités du poste de chauffage ont fait du MPC le meilleur candidat pour la régulation thermique des bâtiments à occupation intermittente. Cette thèse présente une méthodologie basée sur la commande prédictive distribuée visant un compromis entre l'optimalité, la simplicité et la flexibilité de l'implantation de la solution proposée. Le développement de l'approche est progressif : à partir du cas d'une seule zone, la démarche est ensuite étendue au cas multizone et / ou multisource, avec la prise en compte des couplages thermiques entre les zones adjacentes. Après une formulation quadratique du critère MPC pour mieux satisfaire les objectifs économiques du contrôle, la formulation linéaire est retenue. Pour répartir la charge de calcul, des méthodes de décomposition linéaire (comme Dantzig-Wolfe et Benders) sont employées. L'efficacité des algorithmes distribués proposés est illustrée par diverses simulations.

The increasing requirements on energy efficiency of buildings, the evolution of the energy market, the technical developments and the characteristics of the heating systems made of MPC the best candidate for thermal control of intermittently occupied buildings. This thesis presents a methodology based on distributed model predictive control, aiming a compromise between optimality, on the one hand, and simplicity and flexibility of the implementation of the proposed solution, on the other hand. The development of the approach is gradually. The mono-zone case is initially considered, then the basic ideas of the solution are extended to the multi-zone and / or multi-source case, including the thermal coupling between adjacent zones. Firstly we consider the quadratic formulation of the MPC cost function, then we pass towards a linear criterion, in order to better satisfy the economic control objectives. Thus, linear decomposition methods (such as Dantzig-Wolfe and Benders) represent the mathematical tools used to distribute the computational charge among the local controllers. The efficiency of the distributed algorithms is illustrated by simulations.