一種溶解氧濃度的控制方法和系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種溶解氧濃度的控制方法和系統(tǒng)。其中，該方法包括以下步驟：實(shí)時(shí)獲取好氧池當(dāng)前曝氣控制量和當(dāng)前溶解氧濃度；依據(jù)當(dāng)前曝氣控制量更新預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型中的相關(guān)參數(shù)值，計(jì)算預(yù)測(cè)模型的溶解氧濃度預(yù)測(cè)值；由當(dāng)前溶解氧濃度和溶解氧濃度預(yù)測(cè)值計(jì)算預(yù)測(cè)偏差，根據(jù)預(yù)測(cè)偏差對(duì)溶解氧濃度預(yù)測(cè)值進(jìn)行校正，獲得溶解氧濃度校正值；基于預(yù)設(shè)優(yōu)化函數(shù)和溶解氧濃度校正值，進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化，計(jì)算曝氣控制增量；將當(dāng)前曝氣控制量與曝氣控制增量進(jìn)行求和運(yùn)算，輸出曝氣量控制值至曝氣執(zhí)行模塊。本申請(qǐng)實(shí)時(shí)調(diào)整曝氣量控制值，達(dá)到自適應(yīng)調(diào)整跟蹤的目的，以提高溶解氧濃度的控制精度。
【專利說(shuō)明】
一種溶解氧濃度的控制方法和系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本申請(qǐng)涉及污水處理領(lǐng)域，尤其是一種溶解氧濃度的控制方法和系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著工業(yè)進(jìn)程的加速，人們的生活水平在不斷提高，但是隨之而來(lái)的環(huán)境問(wèn)題讓 人們飽受困擾。促進(jìn)工業(yè)朝智能、綠色方向發(fā)展已經(jīng)是未來(lái)的必然趨勢(shì)。
[0003] 污水處理作為促進(jìn)工業(yè)綠色發(fā)展，改善環(huán)境的重要措施，也迎來(lái)了前所未有的發(fā) 展機(jī)遇，高效、低能耗的污水處理控制技術(shù)的符合歷史發(fā)展潮流，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0004] 在污水處理過(guò)程中，好氧池的溶解氧濃度是影響污水處理效率的一個(gè)關(guān)鍵變量。 它是硝化細(xì)菌生長(zhǎng)的必要條件，影響了污水處理過(guò)程中氨轉(zhuǎn)化成硝酸鹽的效率，而溶解氧 濃度的控制多是通過(guò)曝氣作用實(shí)現(xiàn)，因此，對(duì)曝氣的控制是污水處理過(guò)程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的PID控制是當(dāng)前運(yùn)行最常用的一種溶解氧濃度控制方式，它具 有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)。然而，溶解氧濃度的變化過(guò)程受入水溫 度、污水流量、水質(zhì)成分和PH值等多方面的影響，具有高度非線性和不確定性等特點(diǎn)，溶解 氧濃度模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這種情況下，采 用傳統(tǒng)的PID控制方法難以自適應(yīng)調(diào)整控制參數(shù)，控制精度不高，難以取得理想的控制效 果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N溶解氧濃度的控制方法和系統(tǒng)，解決現(xiàn)有溶解氧濃度控制方法控 制精度不高的問(wèn)題。
[0007] 根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N溶解氧濃度的控制方法，包括以下步驟： 實(shí)時(shí)獲取好氧池當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)和當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)，其中，k為當(dāng)前時(shí)刻;依據(jù) 當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)更新預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型中的相關(guān)參數(shù)值，計(jì)算預(yù)測(cè)模型的溶解氧濃度 預(yù)測(cè)值瓦(幻；計(jì)算當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)和溶解氧濃度預(yù)測(cè)值瓦以)計(jì)算預(yù)測(cè)偏差e(k)，根 據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)對(duì)溶解氧濃度預(yù)測(cè)值進(jìn)行校正，獲得溶解氧濃度校正值+ 基于預(yù)設(shè)優(yōu)化函數(shù)和溶解氧濃度校正值+ 進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化，計(jì)算曝氣控制增量A ! Ku(k);將當(dāng)前曝氣控制量Kla(k)與曝氣控制增量AKu(k)進(jìn)行求和運(yùn)算，輸出曝氣量控制 值Ku(k+1)至曝氣執(zhí)行模塊以改變其曝氣量至曝氣量控制值Ku(k+1)。
[0008] 優(yōu)選的，所述預(yù)測(cè)模型基于溶解氧濃度模型集合Aall建立，Aall的表達(dá)式為：
[0010]其中，冢為測(cè)量點(diǎn)數(shù)目，a=[aii，~，aiN]表示第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)下的向量模型；
[0011] 所述預(yù)測(cè)模型的表達(dá)式為：
[0012] 5,^., (k) - 5,,/： (k) + A AKhlAl{k)；
[0013] 其中，§^,(幻為P維溶解氧濃度預(yù)測(cè)值;艮&⑷為待更新的P維溶解氧濃度初始值； 包含模型信息矩陣A由當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)下的向量模型構(gòu)成；AKu,M(k)為M維曝氣控制增量。
[0014] 優(yōu)選的，所述優(yōu)化函數(shù)的表達(dá)式為： 「00151
[0016] So.rrf是P維期望參考軌跡;Q為P X P維誤差權(quán)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤誤差的抑制;R是M X M維控制權(quán)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制量變化的抑制。
[0017]優(yōu)選的，所述預(yù)測(cè)偏差呦)=5'"(幻-瓦⑷；所述根據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)對(duì)溶解氧濃度 預(yù)測(cè)值文0)進(jìn)行校正，獲得溶解氧濃度校正值氣％伏+1)的步驟，具體為：
[0018] 根據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)，依據(jù)以下表達(dá)式校正溶解氧濃度預(yù)測(cè)值：
[0019] 5"A(>(^ + 1) = 5*5;".,w.(^) , SIKtur(k) = SttA>(kHhcik)；
[0020] 其中，S和h為計(jì)算系數(shù)。
[0021] 優(yōu)選的，曝氣控制增量A Ku(k)的表達(dá)式為：
[0022] AK^^c^A^QA+M) 1,r/(^)-5",;,(^)j ；
[0023] 且曝氣量控制值KLa(k+l) =KLa(k)+ A KLa(k)。
[0024] 根據(jù)本申請(qǐng)的第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N溶解氧濃度的控制系統(tǒng)，包括:檢測(cè)模 塊，用于檢測(cè)好氧池當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)和當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k);處理模塊，用于實(shí)時(shí)獲 取好氧池當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)和當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)，其中，k為當(dāng)前時(shí)刻；依據(jù)當(dāng)前曝 氣控制量Ku(k)更新預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型中的相關(guān)參數(shù)值，計(jì)算預(yù)測(cè)模型的溶解氧濃度預(yù)測(cè)值 文(A_);計(jì)算當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)和溶解氧濃度預(yù)測(cè)值文(幻計(jì)算預(yù)測(cè)偏差e(k)，根據(jù)預(yù)測(cè) 偏差e(k)對(duì)溶解氧濃度預(yù)測(cè)值，元(幻進(jìn)行校正，獲得溶解氧濃度校正值tv。供+ 〇 ;基于預(yù) 設(shè)優(yōu)化函數(shù)和溶解氧濃度校正值+ D進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化，計(jì)算曝氣控制增量AKu(k); J 將當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)與曝氣控制增量AKla(k)進(jìn)行求和運(yùn)算，輸出曝氣量控制值Kla(k+ 1)至曝氣執(zhí)行模塊以改變其曝氣量至曝氣量控制值Ku(k+1);曝氣執(zhí)行模塊，用于接收曝氣 量控制值Ku(k+1)以改變自身曝氣量。
[0025]優(yōu)選的，所述預(yù)測(cè)模型基于溶解氧濃度模型集合Aall建立，Aall的表達(dá)式為：
[0027]其中，F(xiàn)為測(cè)量點(diǎn)數(shù)目，a=[aii，-_，aiN]表示第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)下的向量模型；
[0028]所述預(yù)測(cè)模型的表達(dá)式為：
[0029] lJ，iin = l.ll(k) + A-AK/i:A1(k)；
[0030] 其中，⑷為P維溶解氧濃度預(yù)測(cè)值;⑷為待更新的P維溶解氧濃度初始值； 包含模型信息矩陣A由當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)下的向量模型構(gòu)成；AKu,M(k)為M維曝氣控制增量。
[0031 ]優(yōu)選的，所述優(yōu)化函數(shù)的表達(dá)式為：
[0032]
[0033] So.rrf是P維期望參考軌跡;Q為P X P維誤差權(quán)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤誤差的抑制;R是M X M維控制權(quán)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制量變化的抑制。
[0034] 優(yōu)選的，所述預(yù)測(cè)偏差6(幻=\⑷-文⑷；
[0035] 處理模塊用于根據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)，依據(jù)以下表達(dá)式校正溶解氧濃度預(yù)測(cè)值：
[0036] +
[0037] 其中，S和h為計(jì)算系數(shù)。
[0038] 優(yōu)選的，曝氣控制增量A Ku(k)的表達(dá)式為：
[0039] AK!i,(l<) = cr(ATQA+I^ 1.4(?|5,,,v/(^)--5：,/; (^)]；
[0040] 且曝氣量控制值KLa(k+l) =KLa(k)+ A KLa(k)。
[0041] 本申請(qǐng)的有益效果是，由于本申請(qǐng)實(shí)時(shí)獲取好氧池當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)和當(dāng)前 溶解氧濃度S〇(k)，其中，k為當(dāng)前時(shí)刻；依據(jù)當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)更新預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型中 的相關(guān)參數(shù)值，計(jì)算預(yù)測(cè)模型的溶解氧濃度預(yù)測(cè)值文0);計(jì)算當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)和溶 解氧濃度預(yù)測(cè)值幻計(jì)算預(yù)測(cè)偏差e(k)，根據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)對(duì)溶解氧濃度預(yù)測(cè)值&沃>進(jìn) 行校正，獲得溶解氧濃度校正值M + 1) ?基于預(yù)設(shè)優(yōu)化函數(shù)和溶解氧濃度校正值 ) 瓦^(guò)伏+ 1)進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化，計(jì)算曝氣控制增量AKla(k);將當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)與曝氣控 J 制增量AKu(k)進(jìn)行求和運(yùn)算，輸出曝氣量控制值Ku(k+1)至曝氣執(zhí)行模塊以改變其曝氣 量至曝氣量控制值Ku(k+1)。預(yù)測(cè)模型實(shí)時(shí)更新其輸入數(shù)據(jù)，達(dá)到自適應(yīng)調(diào)整跟蹤，從而實(shí) 時(shí)調(diào)整曝氣量控制值，以提高溶解氧濃度的控制精度。
【附圖說(shuō)明】
[0042] 圖1為本申請(qǐng)一種溶解氧濃度的控制方法的流程圖。
[0043] 圖2為本申請(qǐng)一種溶解氧濃度的控制方法的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044] 圖3為應(yīng)用了本申請(qǐng)的溶解氧濃度的控制方法的實(shí)驗(yàn)效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045] 下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0046] -種溶解氧濃度的控制方法，該方法應(yīng)用于溶解氧濃度的控制系統(tǒng)的處理模塊， 如圖1所示，包括以下步驟：
[0047] S101:實(shí)時(shí)獲取好氧池當(dāng)前曝氣控制量KLa(k)和當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)，其中，k為 當(dāng)前時(shí)刻。
[0048] 曝氣量和當(dāng)前溶解氧濃度是經(jīng)過(guò)采樣和去除噪聲后獲得的，為了去除噪聲，可對(duì) 測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行光滑處理，防止噪聲的干擾。由于預(yù)測(cè)模型包含多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，本實(shí)施例中，當(dāng) 前曝氣控制量Ku(k)和當(dāng)前溶解氧濃度Sjk)是基于當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)所得的。其中，當(dāng)前曝氣控 制量Ku(k)和當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)并非單一的數(shù)值，其為一個(gè)實(shí)時(shí)變化的函數(shù)，每一時(shí)刻 對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)值。其中，k為當(dāng)前時(shí)刻，是指本發(fā)明的溶解氧濃度的控制系統(tǒng)的當(dāng)前時(shí)刻。溶解 氧濃度的控制系統(tǒng)具有預(yù)設(shè)的工作周期，一個(gè)工作周期后即為下一時(shí)刻K+1。
[0049] S102:依據(jù)當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)更新預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型中的相關(guān)參數(shù)值，計(jì)算預(yù)測(cè) 模型的溶解氧濃度預(yù)測(cè)值文(幻。
[0050] 具體而言，預(yù)先測(cè)量溶解氧濃度，獲取其采樣值&1 = &(11')，1 = 1，2，~，1'為采樣周 期。鑒于污水生化處理系統(tǒng)中的溶解氧濃度輸入輸出關(guān)系具有漸進(jìn)穩(wěn)定的特點(diǎn)，因此，N步 之后溶解氧濃度輸出趨于穩(wěn)定，即a N = as = a(-〇。為了去除測(cè)量噪聲，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了光 滑處理，設(shè)定向量a=[ai，…，aN] T稱為向量模型，N為建模時(shí)域。由于污水生化處理過(guò)程中， 由于污水入水的流量水質(zhì)隨時(shí)間發(fā)生劇烈的波動(dòng)，導(dǎo)致好氧池中的溶解氧濃度隨之發(fā)生變 化，而且，溶解氧濃度模型具有高度非線性的特點(diǎn)，因此，在階躍響應(yīng)采樣步驟中，需要建立 多工作點(diǎn)下的向量模型集合A all。
[0051 ] Aaii的表達(dá)式為：
[0053]其中，歹為測(cè)量點(diǎn)數(shù)目，a= [an,…，aiN]表示第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)下的向量模型。預(yù)測(cè)模 型基于溶解氧濃度模型集合Aall建立，
[0054]所述預(yù)測(cè)模型的表達(dá)式為：
[0055] S(UJk) = gA(k) + A-^La^ik)
[0056] 上式具體可以寫成：
[0058] 其中，幻為P維溶解氧濃度預(yù)測(cè)值；幻為待更新的P維溶解氧濃度初始 值;包含模型信息矩陣A由當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)下的向量模型構(gòu)成；AKu,M(k)為M維曝氣控制增量。
[0059] 曝氣量與溶解氧濃度存在一定對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)預(yù)先采集不同曝氣量下的溶解氧濃 度數(shù)據(jù)，構(gòu)成曝氣量與溶解氧濃度的數(shù)據(jù)對(duì)(Ku，S。），獲取到當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)后，依據(jù) 上述數(shù)據(jù)對(duì)即可獲取溶解氧濃度。再更新P維溶解氧濃度初始值，依據(jù)上述表達(dá)式 求得溶解氧濃度預(yù)測(cè)值及#)。
[0060] S103:計(jì)算當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)和溶解氧濃度預(yù)測(cè)值文(A)計(jì)算預(yù)測(cè)偏差e(k)，根 據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)對(duì)溶解氧濃度預(yù)測(cè)值瓦沃)進(jìn)行校正，獲得溶解氧濃度校正值筆為沃+ 1)。
[0061 ]具體而言，預(yù)測(cè)偏差咐)=\⑷-無(wú)⑷。根據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)，依據(jù)以下表達(dá)式校正 溶解氧濃度預(yù)測(cè)值：
[0062] lAa+\) = s^siKirtra) . l^M^s^+hcik)；
[0063] 其中，S和h為計(jì)筧系數(shù)。
[0065] S104:基于預(yù)設(shè)優(yōu)化函數(shù)和溶解氧濃度校正值丈(々 + 0進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化，計(jì)算曝 .， 氣控制增量AKu(k);
[0066]
[0067]上式即為優(yōu)化函數(shù)的表達(dá)式，其中，S。,^是P維期望參考軌跡;Q為P X P維誤差權(quán)矩 陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤誤差的抑制;R是M X M維控制權(quán)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制量變化的抑制。
[0068] 確定曝氣控制增量A KLa(k)的步驟如下：
[0072]由極值必要條件耵(1〇/(1&1(^(?(1〇=0可得11個(gè)時(shí)刻下的曝氣控制增量為下式：
[0073] AK^w{k) = (A!QA + R) ! A'^S：,m (k) - 5：,/; (^)] 0
[0074]上式給出了 AKu(k)，…，AKu(k+M_l)的最優(yōu)值，則曝氣控制增量的表達(dá)式如下：
[0075] 猛（'4;如 + 捫1⑷-瓦 示取首元素的運(yùn)算，Q取P X P的單位陣，R = 0.00001*1，I為MXM單位陣。
[0076] S105:將當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)與曝氣控制增量AKu(k)進(jìn)行加和，輸出曝氣量控 制值Ku(k+1)至曝氣執(zhí)行模塊以改變其曝氣量至曝氣量控制值Ku(k+1)。
[0077] 將當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)與曝氣控制增量A Ku(k)進(jìn)行加和，得到曝氣量控制值 的表達(dá)式為:Ku(k+1) = Ku(k) + A Ku(k)。將該曝氣量控制值輸出到曝氣執(zhí)行模塊，使得曝 氣執(zhí)行模塊改變其曝氣量，進(jìn)而調(diào)整好氧池內(nèi)溶解氧濃度，達(dá)到對(duì)溶解氧濃度的控制。同 時(shí)，在下一時(shí)刻更新預(yù)測(cè)模型輸出：以+ D = t...(h + 從而實(shí)時(shí)調(diào)整曝氣 ，. 量控制值，以提高溶解氧濃度的控制精度，同時(shí)還具有更好的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。
[0078] 本發(fā)明還提供一種溶解氧濃度的控制系統(tǒng)，如圖2所示，其包括:檢測(cè)模塊101、處 理模塊102和曝氣執(zhí)行模塊103。
[0079] 檢測(cè)模塊101設(shè)置在好氧池內(nèi)，其用于檢測(cè)好氧池當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)和當(dāng)前溶 解氧濃度S〇(k)。
[0080] 處理模塊102用于實(shí)時(shí)獲取好氧池當(dāng)前曝氣控制量KLa(k)和當(dāng)前溶解氧濃度S。 (k)，其中，k為當(dāng)前時(shí)刻;依據(jù)當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)更新預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型內(nèi)溶解氧濃度相 關(guān)值，計(jì)算預(yù)測(cè)模型的溶解氧濃度預(yù)測(cè)值文(々）；計(jì)算當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)和溶解氧濃度 預(yù)測(cè)值瓦認(rèn))計(jì)算預(yù)測(cè)偏差e(k)，根據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)對(duì)溶解氧濃度預(yù)測(cè)值瓦(幻進(jìn)行校正，獲 得溶解氧濃度校正值丈％汄+1) ;基于預(yù)設(shè)優(yōu)化函數(shù)對(duì)溶解氧濃度校正值認(rèn)+1)進(jìn)行優(yōu) 化，并計(jì)算曝氣控制增量A Ku(k);將當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)與曝氣控制增量A Ku(k)進(jìn)行 加和，輸出曝氣量控制值Ku(k+1)。
[0081] 曝氣執(zhí)行模塊103用于接收曝氣量控制值Ku(k+1)以改變自身曝氣量。
[0082]圖3為本發(fā)明的一種不例的效果圖。
[0083]本示例中，有前置的等體積的兩個(gè)厭氧反應(yīng)#V1 = V2 = 1000m3,和后置的一個(gè)好氧 反應(yīng)池V3 = 3999m3。為了體現(xiàn)所提出的溶解氧濃度控制方法的有效性，選擇了兩種典型的對(duì) 比算法，一種是模型固定動(dòng)態(tài)矩陣溶解氧濃度控制方法(C1)，另一種是常用的PI控制方法 (C2)。其中，C1控制下，模型是在工作點(diǎn)Ku=135上建立的，算法其他參數(shù)參見"具體實(shí)施方 式"部分的說(shuō)明。C2控制下，控制參數(shù)設(shè)置為Kp = 25，Ti = 0.002。
[0084] 為了對(duì)比不同控制方法作用下的系統(tǒng)運(yùn)行效果，我們選擇了性能指標(biāo)IAE(偏差絕 對(duì)值積分)和IAE (偏差平方積分)的計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比分析。
[0085] 從圖3中可以看出，基于本發(fā)明的自適應(yīng)動(dòng)態(tài)模型，跟蹤誤差變動(dòng)很小，具有更好 的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。
[0086] 以上內(nèi)容是結(jié)合具體的實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā) 明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫 離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種溶解氧濃度的控制方法，其特征在于:包括以下步驟： 實(shí)時(shí)獲取好氧池當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)和當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)，其中，k為當(dāng)前時(shí)刻； 依據(jù)當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)更新預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型中的相關(guān)參數(shù)值，計(jì)算預(yù)測(cè)模型的溶 解氧濃度預(yù)測(cè)值戈,認(rèn)）； 計(jì)算當(dāng)前溶解氧濃度S〇(k)和溶解氧濃度預(yù)測(cè)值計(jì)算預(yù)測(cè)偏差e(k)，根據(jù)預(yù)測(cè)偏 差e(k)對(duì)溶解氧濃度預(yù)測(cè)值瓦(幻進(jìn)行校正，獲得溶解氧濃度校正值^V|l(々 + 1> ; 基于預(yù)設(shè)優(yōu)化函數(shù)和溶解氧濃度校正值瓦&伙+ 1),進(jìn)行滾動(dòng)優(yōu)化，計(jì)算曝氣控制增量 AKLa(k)； 將當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)與曝氣控制增量A Ku(k)進(jìn)行求和運(yùn)算，輸出曝氣量控制值 Ku(k+1)至曝氣執(zhí)行模塊以改變其曝氣量至曝氣量控制值Ku(k+1)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于： 所述預(yù)測(cè)模型基于溶解氧濃度模型集合Aall建立，Aall的表達(dá)式為：其中，#為測(cè)量點(diǎn)數(shù)目，a= [au，…，aiN]表示第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)下的向量模型； 所述預(yù)測(cè)模型的表達(dá)式為： 旯」'，⑷=瓦⑷十（幻； 其中，瓦為P維溶解氧濃度預(yù)測(cè)值;靈p。(々)為待更新的P維溶解氧濃度初始值;包含 模型信息矩陣A由當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)下的向量模型構(gòu)成；AKu,M(k)為M維曝氣控制增量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于： 所述優(yōu)化函數(shù)的表達(dá)式為：S^f是P維期望參考軌跡;Q為PXP維誤差權(quán)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤誤差的抑制;R是MX M維 控制權(quán)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制量變化的抑制。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于： 所述預(yù)測(cè)偏差=叉(々)-5:,(幻； 所述根據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)對(duì)溶解氧濃度預(yù)測(cè)值文(/:)進(jìn)行校正，獲得溶解氧濃度校正值 瓦+ 1)的步驟，具體為： 根據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)，依據(jù)以下表達(dá)式校正溶解氧濃度預(yù)測(cè)值： l,N〇{k + r)..= S%eor(k} , S0^Jk) = S^ik) + hem 其中，S和h為計(jì)算系數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于： 曝氣控制增量A Ku(k)的表達(dá)式為：且曝氣量控制值KLa(k+l) =KLa(k)+ A KLa(k)。6. -種溶解氧濃度的控制系統(tǒng)，其特征在于:包括： 檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)好氧池當(dāng)前曝氣控制量Ku(k)和當(dāng)前溶解氧濃度Sjk); 處理模塊，實(shí)時(shí)獲取好氧池當(dāng)前曝氣控制量和當(dāng)前溶解氧濃度，其中，k為當(dāng)前時(shí)刻;依 據(jù)當(dāng)前曝氣控制量更新預(yù)設(shè)的預(yù)測(cè)模型中的相關(guān)參數(shù)值，計(jì)算預(yù)測(cè)模型的溶解氧濃度預(yù)測(cè) 值;計(jì)算當(dāng)前溶解氧濃度和溶解氧濃度預(yù)測(cè)值計(jì)算預(yù)測(cè)偏差，根據(jù)預(yù)測(cè)偏差對(duì)溶解氧濃度 預(yù)測(cè)值進(jìn)行校正，獲得溶解氧濃度校正值;基于預(yù)設(shè)優(yōu)化函數(shù)和溶解氧濃度校正值，進(jìn)行滾 動(dòng)優(yōu)化，計(jì)算曝氣控制增量;將當(dāng)前曝氣控制量與曝氣控制增量進(jìn)行求和運(yùn)算，輸出曝氣量 控制值至曝氣執(zhí)行模塊以改變其曝氣量至曝氣量控制值。； 曝氣執(zhí)行模塊，用于接收曝氣量控制值Ku(k+1)以改變自身曝氣量。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于： 所述預(yù)測(cè)模型基于溶解氧濃度模型集合Aall建立，Aall的表達(dá)式為：其中，歹為測(cè)量點(diǎn)數(shù)目，a= [au，…，aiN]表示第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)下的向量模型； 所述預(yù)測(cè)模型的表達(dá)式為： = hfk) +.A.、hK_(k\ 其中，？(幻為p維溶解氧濃度預(yù)測(cè)值;^^。(幻為待更新的p維溶解氧濃度初始值;包含 模型信息矩陣A由當(dāng)前測(cè)量點(diǎn)下的向量模型構(gòu)成；AKu,M(k)為M維曝氣控制增量。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于： 所述優(yōu)化函數(shù)的表達(dá)式為： Smf是P維期望參考軌跡;Q為PXP維誤差權(quán)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤誤差的抑制;R是MX M維 控制權(quán)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制量變化的抑制。9. 根據(jù)權(quán)利要求6-8任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于： 所述預(yù)測(cè)偏差di) = \(幻-文(々）；. 處理模塊用于根據(jù)預(yù)測(cè)偏差e(k)，依據(jù)以下表達(dá)式校正溶解氧濃度預(yù)測(cè)值： l^k+\)=s^Q〇M，(k) = sK,：(k)+hcik); 其中，s和h為計(jì)算系數(shù)。10. 根據(jù)權(quán)利要求6-8任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其特征在于： 曝氣控制增量A Ku(k)的表達(dá)式為：且曝氣量控制值KLa(k+l) =KLa(k)+ A KLa(k)。
【文檔編號(hào)】G05B13/04GK106054951SQ201610465040
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】林梅金, 蘇彩紅, 伍俊, 戚景亮
【申請(qǐng)人】佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院