Accelerating the electrification of thermal energy requires vapor-compression heat pumps capable of dynamic, grid-responsive operation. However, equipment engineering remains fragmented across static rating-point selection, stiff multi-phase transient simulation, and gradient-based optimal control. Here, we present an end-to-end differentiable, finite-volume vapor-compression framework implemented natively in JAX that automates machine sizing directly from stated thermal duties and unifies dynamic simulation with predictive control under a single compiled residual $\dot{y}={f}(t,{y},{u})$. Thermodynamic evaluations bypass runtime root-finding via bilinear $(p,h)$ manifolds pre-flashed from Helmholtz equations of state, enabling analytical forward-mode automatic differentiation. Mass conservation across multi-phase coils is strictly preserved by incorporating both $(\partialρ/\partial p)_h$ and $(\partialρ/\partial h)_p$ partial derivatives into the dynamic pressure differential equation. The sizer directly inverts compressor displacement, electronic expansion valve area, and heat-exchanger tube counts via four-point cycle synthesis and $\varepsilon$-NTU matching using the identical polytropic compressor map. Crucially, the compiled physics kernel is shared symmetrically between $L$-stable TR-BDF2 stiff integration and implicit-Euler Model Predictive Control (MPC), eliminating plant-controller surrogate mismatch. Validated against open-access experimental benchmarks without parameter fitting, the framework predicts cooling capacity with $7.37\%$ MAPE across 16 mini-split operational runs and bounds on-period cooling error within $1.19\%$--$1.62\%$ on utility-scale Hardware-in-the-Loop traces. This work provides an open-source, differentiable foundation for automated machine synthesis, dynamic grid orchestration, and gradient-based hardware-control co-design.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
基于GAN的极限图像压缩框架
论智
12+阅读 · 2018年4月15日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
何为协作武器?
专知会员服务
6+阅读 · 9月1日
《理解认知战:超越信息》
专知会员服务
10+阅读 · 9月1日
美国战争部在GenAI.mil上推出OpenAI的ChatGPT Mil
专知会员服务
8+阅读 · 8月31日
人工智能赋能军事维护:重新定义国防战备
专知会员服务
4+阅读 · 8月31日
《美陆军野战手册(2026年):特种部队》
专知会员服务
6+阅读 · 8月31日
受限仓库多智能体取送中的动态安全等待点选择
相关VIP内容
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
35+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
61+阅读 · 2019年10月17日
相关资讯
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员