РОЗРОБКА ТА ІНТЕГРАЦІЯ МОДЕЛІ ТЕПЛОВОГО НАСОСА НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ В СЕРЕДОВИЩЕ SIMULINK ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ БУДИНКУ
У статті детально описано процес розроблення та інтеграції в середовище Simulink моделі теплонасосної установки на основі нейронної мережі LSTM. Ця модель дає можливість моделювати роботу системи теплозабезпечення будинку з урахуванням змінних зовнішніх умов. Завдяки високій точності та гнучкості, м...
Saved in:
| Main Authors: | , |
|---|---|
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Odessa National Academy of Food Technologies
2024-12-01
|
| Series: | Автоматизация технологических и бизнес-процессов |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://journals.ontu.edu.ua/index.php/atbp/article/view/2884 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| _version_ | 1832584118913728512 |
|---|---|
| author | М. C. Богза В. А. Волощук |
| author_facet | М. C. Богза В. А. Волощук |
| author_sort | М. C. Богза |
| collection | DOAJ |
| description | У статті детально описано процес розроблення та інтеграції в середовище Simulink моделі теплонасосної установки на основі нейронної мережі LSTM. Ця модель дає можливість моделювати роботу системи теплозабезпечення будинку з урахуванням змінних зовнішніх умов. Завдяки високій точності та гнучкості, модель може бути використана як основа для синтезу та дослідження різних алгоритмів керування системою теплозабезпечення. Це відкриває нові можливості для оптимізації енергоспоживання та підвищення ефективності роботи теплонасосних систем. Результати моделювання можуть бути використані для розроблення інтелектуальних систем керування, які адаптуються до змінних умов експлуатації та підвищують енергоефективність будівлі.
Процес розробки моделі включав кілька ключових етапів. Спочатку було підготовлено великий масив даних, необхідних для навчання моделі, на основі аналітичної моделі теплонасосної установки. Після цього була розроблена нейронна мережа, оптимізована за допомогою алгоритму Adam і функції втрат середньоквадратичної помилки (MSE). Важливою частиною роботи стала конвертація розробленої моделі в код на мові C з використанням бібліотеки keras2c, що дало можливість інтегрувати модель у середовище Simulink через блок S-function.
Проведені тести показали, що інтегрована модель у Simulink не тільки зберегла високу точність прогнозів, але й значно перевершила початкову модель на Python за швидкістю обчислень. Це досягається завдяки оптимізації коду та ефективному використанню обчислювальних ресурсів. Отримані результати демонструють перспективність запропонованого підходу для задач динамічного моделювання ТНУ, синтезу систем керування такими установками та вирішення задач підвищення їх енергоефективності. |
| format | Article |
| id | doaj-art-7f903fbb743c4598a4c7c730bf49c844 |
| institution | Kabale University |
| issn | 2312-3125 2312-931X |
| language | English |
| publishDate | 2024-12-01 |
| publisher | Odessa National Academy of Food Technologies |
| record_format | Article |
| series | Автоматизация технологических и бизнес-процессов |
| spelling | doaj-art-7f903fbb743c4598a4c7c730bf49c8442025-01-27T15:58:26ZengOdessa National Academy of Food TechnologiesАвтоматизация технологических и бизнес-процессов2312-31252312-931X2024-12-01164192510.15673/atbp.v16i4.28842884РОЗРОБКА ТА ІНТЕГРАЦІЯ МОДЕЛІ ТЕПЛОВОГО НАСОСА НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ В СЕРЕДОВИЩЕ SIMULINK ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ БУДИНКУМ. C. Богза0В. А. Волощук1КПІНаціональний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Київ, УкраїнаУ статті детально описано процес розроблення та інтеграції в середовище Simulink моделі теплонасосної установки на основі нейронної мережі LSTM. Ця модель дає можливість моделювати роботу системи теплозабезпечення будинку з урахуванням змінних зовнішніх умов. Завдяки високій точності та гнучкості, модель може бути використана як основа для синтезу та дослідження різних алгоритмів керування системою теплозабезпечення. Це відкриває нові можливості для оптимізації енергоспоживання та підвищення ефективності роботи теплонасосних систем. Результати моделювання можуть бути використані для розроблення інтелектуальних систем керування, які адаптуються до змінних умов експлуатації та підвищують енергоефективність будівлі. Процес розробки моделі включав кілька ключових етапів. Спочатку було підготовлено великий масив даних, необхідних для навчання моделі, на основі аналітичної моделі теплонасосної установки. Після цього була розроблена нейронна мережа, оптимізована за допомогою алгоритму Adam і функції втрат середньоквадратичної помилки (MSE). Важливою частиною роботи стала конвертація розробленої моделі в код на мові C з використанням бібліотеки keras2c, що дало можливість інтегрувати модель у середовище Simulink через блок S-function. Проведені тести показали, що інтегрована модель у Simulink не тільки зберегла високу точність прогнозів, але й значно перевершила початкову модель на Python за швидкістю обчислень. Це досягається завдяки оптимізації коду та ефективному використанню обчислювальних ресурсів. Отримані результати демонструють перспективність запропонованого підходу для задач динамічного моделювання ТНУ, синтезу систем керування такими установками та вирішення задач підвищення їх енергоефективності.https://journals.ontu.edu.ua/index.php/atbp/article/view/2884тепловий насоснейронна мережаsimulinklstm,s-функціяенергоефективністьмоделювання опаленняоптимізація |
| spellingShingle | М. C. Богза В. А. Волощук РОЗРОБКА ТА ІНТЕГРАЦІЯ МОДЕЛІ ТЕПЛОВОГО НАСОСА НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ В СЕРЕДОВИЩЕ SIMULINK ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ БУДИНКУ Автоматизация технологических и бизнес-процессов тепловий насос нейронна мережа simulink lstm, s-функція енергоефективність моделювання опалення оптимізація |
| title | РОЗРОБКА ТА ІНТЕГРАЦІЯ МОДЕЛІ ТЕПЛОВОГО НАСОСА НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ В СЕРЕДОВИЩЕ SIMULINK ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ БУДИНКУ |
| title_full | РОЗРОБКА ТА ІНТЕГРАЦІЯ МОДЕЛІ ТЕПЛОВОГО НАСОСА НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ В СЕРЕДОВИЩЕ SIMULINK ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ БУДИНКУ |
| title_fullStr | РОЗРОБКА ТА ІНТЕГРАЦІЯ МОДЕЛІ ТЕПЛОВОГО НАСОСА НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ В СЕРЕДОВИЩЕ SIMULINK ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ БУДИНКУ |
| title_full_unstemmed | РОЗРОБКА ТА ІНТЕГРАЦІЯ МОДЕЛІ ТЕПЛОВОГО НАСОСА НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ В СЕРЕДОВИЩЕ SIMULINK ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ БУДИНКУ |
| title_short | РОЗРОБКА ТА ІНТЕГРАЦІЯ МОДЕЛІ ТЕПЛОВОГО НАСОСА НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ В СЕРЕДОВИЩЕ SIMULINK ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ СИСТЕМ ОПАЛЕННЯ БУДИНКУ |
| title_sort | розробка та інтеграція моделі теплового насоса на основі нейронної мережі в середовище simulink для моделювання систем опалення будинку |
| topic | тепловий насос нейронна мережа simulink lstm, s-функція енергоефективність моделювання опалення оптимізація |
| url | https://journals.ontu.edu.ua/index.php/atbp/article/view/2884 |
| work_keys_str_mv | AT mcbogza rozrobkataíntegracíâmodelíteplovogonasosanaosnovínejronnoímerežívseredoviŝesimulinkdlâmodelûvannâsistemopalennâbudinku AT vavoloŝuk rozrobkataíntegracíâmodelíteplovogonasosanaosnovínejronnoímerežívseredoviŝesimulinkdlâmodelûvannâsistemopalennâbudinku |