專利名稱：意外建模和數(shù)據(jù)驅(qū)動的水質(zhì)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)意外建模和數(shù)據(jù)驅(qū)動的水質(zhì)控制系統(tǒng)，適 用于水處理領(lǐng)域的水質(zhì)控制及混凝劑自動加藥控制。特別是對進水情況復(fù)雜，難于數(shù)學(xué)建 模，實時要求比較高導(dǎo)致現(xiàn)場模擬試驗法無法滿足要求，特性參數(shù)不明顯的情況。
背景技術(shù)：
自來水廠和污水處理廠制水混凝工藝中，如何根據(jù)進水條件的變化和沉后水的酸 堿度、濁度和總磷等水質(zhì)參數(shù)的要求來確定最佳混凝劑投加量，實現(xiàn)最優(yōu)控制。即在保證沉 后水水質(zhì)的前提下，要求投放的混凝劑量最少。目的主要有二個，其一是降低制水成本；其 二是減少污泥量。該問題一直是制水混凝工藝中的難題。現(xiàn)有的自動控制投藥量方法主要 有三種一、數(shù)學(xué)模型法該方法一般采用前饋和后饋相結(jié)合的控制模型，運用數(shù)理統(tǒng)計方 法建立符合生產(chǎn)實際的數(shù)學(xué)模型。缺點是當(dāng)水質(zhì)變化復(fù)雜時可能導(dǎo)致數(shù)學(xué)模型精度不高， 有時甚至無法建立數(shù)學(xué)模型。二、現(xiàn)場模擬試驗法該方法的致命缺陷是反饋滯后現(xiàn)象。一般滯后十幾分鐘到半 個小時。三、特性參數(shù)法該方法的缺陷是當(dāng)混凝作用是以高分子吸附架橋為主時，投藥量 與流動電流很少相關(guān)。上述方法都存在不同的問題，以水廠為例，在實際混凝投藥控制中，多是通過燒 杯、試管實驗或憑技工的實踐經(jīng)驗來調(diào)節(jié)混凝劑投加量。傳統(tǒng)意義下的控制.傳統(tǒng)控制的目的是根據(jù)被控對象和環(huán)境的特性，通過能動 地采集、運用信息并施加控制作用，使系統(tǒng)在變化和不確定的條件下，按照預(yù)期的行為過 程運行并具有和保持預(yù)定的功能.這里需要特別強調(diào)的是雖然被控對象和環(huán)境特性是變 化的和不確定的，但“預(yù)期的行為過程”和“預(yù)定的功能”卻是已知(事先設(shè)計好)和確定 的；傳統(tǒng)控制并沒有明確強調(diào)系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)或各組分在外界控制作用下會產(chǎn)生自組 織和涌現(xiàn)現(xiàn)象(即本實用新型中所述意外的一種)。復(fù)雜系統(tǒng)控制的目的是根據(jù)被控對象和環(huán)境的特性，通過能動地采集、運用信 息并施加控制作用，使系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)或各組分在外界控制作用下產(chǎn)生自組織和涌現(xiàn) 現(xiàn)象，這種自組織和涌現(xiàn)現(xiàn)象的結(jié)果具有某種功能且是控制者所期望的。復(fù)雜系統(tǒng)的控制 并不強調(diào)一定要預(yù)先知道自組織和涌現(xiàn)現(xiàn)象的行為過程(很多情況下是無法預(yù)知的)，而 更強調(diào)自組織和涌現(xiàn)現(xiàn)象的結(jié)果是否滿足控制者的要求。這方面的一個典型的例子就是釀 酒系統(tǒng)(具有生化反應(yīng)的復(fù)雜系統(tǒng))的控制，釀酒人員主要關(guān)心的是酒的質(zhì)量與產(chǎn)量，而 并不關(guān)心酵母菌在發(fā)酵過程中的自組織行為。顯然，水處理領(lǐng)域混凝劑加藥改善水質(zhì)系統(tǒng) 也是一個具有生化反應(yīng)的復(fù)雜系統(tǒng)，水廠技工關(guān)心的是出水水質(zhì)后藥品投放量，并不關(guān)注 混凝劑如何在反應(yīng)池中自組織行為。人類在認識和改造自然的過程中已經(jīng)學(xué)會和實用新型了許多控制方法，這些控制方法主要包括1)直接控制方法；2)間接控制方法；3)改變環(huán)境狀況和系統(tǒng)組分的控 制方法；4)改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或更換子系統(tǒng)的控制方法；5)改變運行規(guī)則和運行程序的控制 方法；6)利益引導(dǎo)或誘惑的控制方法。因前5種方法具有主動性(對控制者來說)及直接 或間接的強制性(對被控對象來說)，所以稱前5種方法及其組合為“干預(yù)控制”方法；第 6種方法不具有主動性和強制性，且主要發(fā)生在生物、特別是動物界，所以稱它為“誘導(dǎo)控 制”方法.就復(fù)雜系統(tǒng)來講，既可以用“干預(yù)控制”、也可以用“誘導(dǎo)控制”、還可以用“干預(yù) 控制”和“誘導(dǎo)控制”相結(jié)合的方法加以控制.但無論采用什么樣的方法，復(fù)雜系統(tǒng)控制的 目的是使系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生有利于控制者的自組織和涌現(xiàn)現(xiàn)象，這就是復(fù)雜系統(tǒng)控制在概念 上與傳統(tǒng)意義下的控制的本質(zhì)區(qū)別.本實用新型采用最新的復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)意外建模理論，使用數(shù)據(jù)驅(qū)動的誘導(dǎo)干預(yù)混 合控制方法，用于水處理領(lǐng)域的水質(zhì)控制及混凝劑自動加藥控制。采用意外建模理論的目 的是應(yīng)對實際系統(tǒng)面對的不斷變化的環(huán)境條件，使系統(tǒng)具備自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)功能；采用數(shù)據(jù) 驅(qū)動的目的是避免數(shù)學(xué)建模的誤差，以及某些難以數(shù)學(xué)建模的情況下使用。采用誘導(dǎo)干預(yù) 策略是應(yīng)對反應(yīng)池中可能出現(xiàn)的自組織和涌現(xiàn)現(xiàn)象。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，提供了一種混凝劑加藥控制系統(tǒng)(水質(zhì)控制 系統(tǒng))。本實用新型為實現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案本實用新型意外建模和數(shù)據(jù)驅(qū)動的水質(zhì)控制系統(tǒng)，包括進水采樣傳感器組、反應(yīng) 池采樣傳感器組、出水采樣傳感器組、第一和第二 A/D轉(zhuǎn)換傳輸裝置、數(shù)據(jù)處理模塊、實時 數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、意外建模模塊、專家系統(tǒng)和加藥裝置；其中進水采樣傳感器組的一個 輸出端串接第一 A/D轉(zhuǎn)換傳輸裝置后與第二 A/D轉(zhuǎn)換傳輸裝置的輸出端分別接數(shù)據(jù)處理模 塊的輸入端，進水采樣傳感器組的另一個輸出端和加藥裝置的輸出端分別接反應(yīng)池采樣傳 感器組的輸入端，反應(yīng)池采樣傳感器組的一個輸出端串接出水采樣傳感器組后與反應(yīng)池采 樣傳感器組的另一個輸出端分別接第二 A/D轉(zhuǎn)換傳輸裝置的輸入端，數(shù)據(jù)處理模塊的輸出 端串接實時數(shù)據(jù)庫后分別接歷史數(shù)據(jù)庫和意外建模模塊的輸入端，意外建模模塊的輸出端 接加藥裝置的輸入端，意外建模模塊分別與歷史數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng)雙向連接。本實用新型通過意外建模，用專家知識從歷史數(shù)據(jù)找出進水水質(zhì)，藥劑投放量和 出水水質(zhì)之間的非線性關(guān)系。與傳統(tǒng)的自動混凝劑控制方法相比，能更加準確、有效的控制 投藥量，提供混凝工藝魯棒性，具有更廣的適用范圍。該系統(tǒng)的最大特點就是，只要能夠獲 得大量數(shù)據(jù)，系統(tǒng)就可以有效工作，數(shù)據(jù)量越大，系統(tǒng)控制精度越高。

圖1是水質(zhì)控制系統(tǒng)示意圖。圖2是基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)意外建模和數(shù)據(jù)驅(qū)動的誘導(dǎo)干預(yù)混合控制方法流程圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型進一步詳述[0018]如圖1所示，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的混凝劑自適應(yīng)加藥控制系統(tǒng)，包括進水采樣傳感器 組1、反應(yīng)池采樣傳感器組6、出水采樣傳感器組9、A/D轉(zhuǎn)換傳輸裝置2、10、數(shù)據(jù)處理模塊 3、實時數(shù)據(jù)庫4、歷史數(shù)據(jù)庫(5)、意外建模模塊(8)、專家系統(tǒng)11和加藥裝置7。如圖2所示，基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)意外建模和數(shù)據(jù)驅(qū)動的誘導(dǎo)干預(yù)混合控制方法， 包括以下步驟a)通過傳感器獲取水質(zhì)信息；b)通過信息傳輸裝置將信息送到信息處理模塊，進行數(shù)據(jù)預(yù)處理；c)將數(shù)據(jù)送入實時數(shù)據(jù)庫；d)意外建模模塊獲取實時信息，根據(jù)專家規(guī)則和歷史數(shù)據(jù)庫知識，確定混凝劑投 放量。間隔一段時間(如20分鐘)更新一次歷史數(shù)據(jù)庫；e)根據(jù)d)投放量，采用“泵前投加”方式向反應(yīng)池投藥。意外建模模塊將實時信息與歷史庫信息匹配，根據(jù)專家知識，根據(jù)特征函數(shù)，尋找 與實時記錄距離L最小的記錄(但由于運算速度問題，系統(tǒng)實際使用雙重判斷，當(dāng)小于專
家給定的值Do時，不再尋找距離￡最小的記錄)，提取出藥劑投放量P [0027
藥劑投放量計算公式為
權(quán)利要求1. 一種意外建模和數(shù)據(jù)驅(qū)動的水質(zhì)控制系統(tǒng)，其特征在于包括進水采樣傳感器組 (1)、反應(yīng)池采樣傳感器組(6)、出水采樣傳感器組(9)、第一和第二 A/D轉(zhuǎn)換傳輸裝置(2、 10)、數(shù)據(jù)處理模塊(3)、實時數(shù)據(jù)庫(4)、歷史數(shù)據(jù)庫(5)、意外建模模塊(8)、專家系統(tǒng)(11) 和加藥裝置(7)；其中進水采樣傳感器組(1)的一個輸出端串接第一 A/D轉(zhuǎn)換傳輸裝置(2) 后與第二 A/D轉(zhuǎn)換傳輸裝置(10)的輸出端分別接數(shù)據(jù)處理模塊(3)的輸入端，進水采樣傳 感器組(1)的另一個輸出端和加藥裝置(7)的輸出端分別接反應(yīng)池采樣傳感器組(6)的輸 入端，反應(yīng)池采樣傳感器組(6)的一個輸出端串接出水采樣傳感器組(9)后與反應(yīng)池采樣 傳感器組(6)的另一個輸出端分別接第二 A/D轉(zhuǎn)換傳輸裝置(10)的輸入端，數(shù)據(jù)處理模塊 (3)的輸出端串接實時數(shù)據(jù)庫(4)后分別接歷史數(shù)據(jù)庫(5)和意外建模模塊(8)的輸入端， 意外建模模塊(8)的輸出端接加藥裝置(7)的輸入端，意外建模模塊(8)分別與歷史數(shù)據(jù)庫 (5)和專家系統(tǒng)(11)雙向連接。
專利摘要本實用新型公布了一種意外建模和數(shù)據(jù)驅(qū)動的水質(zhì)控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由進水采樣傳感器組、反應(yīng)池采樣傳感器組、出水采樣傳感器組、A/D轉(zhuǎn)換傳輸裝置、數(shù)據(jù)處理模塊、實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、意外建模模塊、專家系統(tǒng)和加藥裝置組成。本實用新型通過數(shù)據(jù)挖掘，使用誘導(dǎo)干預(yù)混合控制方法控制系統(tǒng)自動加藥，能夠更加準確、有效的控制投藥量，提高投藥魯棒性，節(jié)省投藥量。
文檔編號G06F19/00GK201867815SQ201020599208
公開日2011年6月15日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者嚴錫君, 徐立中, 李臣明, 王逢州, 馬貞立, 魏曉東 申請人:河海大學(xué)