本文以节能为目标、研究安装暖通系统(HVAC)的现代楼宇的建模与模型预测控制策略。楼宇能耗占全球总能耗约40%,除了采用新材料和新结构提高建筑能效外,实施先进暖通系统控制策略也是提升楼宇能效的主要手段,尤其是在满足现存楼宇节能提升需求时更为适用。先进楼宇控制系统实现居住者最佳舒适度和能耗最小之间的折中。与楼宇相关的舒适度包括房间温度、空气质量、心理等,影响楼宇能效的因素包括建筑本体、气候、季节、阳光、居住情况等多种因素,这两者导致楼宇控制对象具有多变量、非线性、不确定性、时变扰动等复杂动力学特性。这类对象的精细化控制要求需要清晰认识其运动变化行为。根据能量守恒定律建立机理模型,使用标准几何和建筑数据推导出基于守恒第一原理的建筑热动力学模型,状态变量是各个房间内墙壁、地板和天花板的温度,各种外部热通量作为控制变量,气候、居住者移动等是扰动,输出变量是室内温度,通过仿真实验验证模型的准确性。进一步基于机理模型的简化模型,设计预测控制算法,控制目标是能源消耗,约束条件包括模型、舒适温度范围等。闭环仿真实验结果表明,模型预测控制器能有效抑制扰动,跟踪设定值,处理约束等。