[发明专利]一种城市供水系统供用水平衡的控制方法

说明书

本发明公开了一种城市供水系统供用水平衡的控制方法。当前技术无法准确获取供水管网各节点和用户节点水务状况的实时数据，供水管网中各节点和用户水务数据在通过网络实时传输时会造成大量水务数据丢失，导致供用水平衡控制难以有效实施。本发明通过增加一条从各节点和用户至远程控制中心的冗余传输信道的方法，解决了一条水务数据传输信道出现的数据丢失问题，实现对供水管网的水务状态进行准确估计，提出了基于观测器的控制策略，利用矩阵奇异值方法，对控制器和观测器增益进行求解和设计。本发明对供水系统中节点和用户端的水务数据进行准确估计，并基于观测器对供用水平衡进行及时可靠的控制，满足城市供水系统供用水平衡有效控制的实际需求。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，城市供水系统通过增加一条从用户端到远程供水控制中心的传输信道，用于传输水务数据信息，增强水务状态监测和控制的成功率，涉及城市供水系统中供水管网节点和用户端的水务状态进行估计、并基于观测器的控制器策略实现智慧城市供水系统供用水平衡的控制方法，减少水资源的浪费，可用于现代城市供水行业。

背景技术

随着物联网、大数据、云计算以及移动互联网等新技术不断融入传统行业的各个环节，新兴技术和智能工业的不断融合，现代城市水务系统也大量应用新科技解决城市取水、供水、排水等重大需求，促进城市水务系统实现自动化和智能化。

智慧城市水务控制系统通过水质水压表、流量计、数据采集仪器这些监测设备实时感知城市供用水系统的运行状态，利用通信网络将供水管网节点和用户端采集的信息传输至远程集中控制和调度中心，结合城市水务管理部门与供用水设施，形成“城市水务物联网”，将大量水务信息进行及时分析与处理，并制定合理的供水调度和控制方案，远程做出相应的处理，以更加精细和动态的方式管理水务系统的整个生产、管理和服务流程，从而达到“智慧”供水的状态，保障供水安全与平稳运行。

智慧城市供水系统通过远程监测和调控实现城市供用水平衡。智慧城市供水系统应用物联感知技术接收传感器采集到的管网节点和用户端水务状态信息，利用通信网络传输到集中控制中心，通过远程控制自来水厂、水泵站、水源井这些供水单元的阀门来控制供水量，保证实时、有效地实现供水量和用水量的平衡，节约水资源。然而，城市化的飞速发展使得现代城市供水管网规模越来越大、结构越来越复杂。由于城市供水管网的复杂性，当前技术不能准确获取供水管网各个节点和用户节点水务状况的实时数据，因而缺乏对供用水平衡进行控制的有效方法，无法对供水渗漏进行准确测量及定位，从而造成水资源的大量浪费。同时，由于供水管网节点布置了大量传感器，测量所得的水务数据需要通过通信网络实时传输至水务控制中心。但是，传输信道的有限带宽严重影响了大量水务数据的实时传输效果，导致各节点和用户的水务数据丢失，难以实时准确地传输至控制中心，供水平衡控制难以有效实施。因此，急需一种基于水务数据监测和运行控制的方法，有效解决城市供水系统实现供用水平衡。

发明内容

本发明针对目前我国城市供水系统无法实时实现供用水平衡的状况，提供一种智慧城市供水系统实现供用水平衡控制的新方法。

本发明将通过增加一条从各节点和用户至远程控制中心的冗余通信传输信道的方法，解决由于一条水务数据传输信道出现的数据丢失问题，采用冗余信道对供水状态进行准确估计，提出基于观测器的控制结构，最后利用矩阵奇异值分解方法对控制器和观测器增益进行求解。利用本发明方法，可以对城市供水系统中节点和用户端的水务数据进行准确估计，并基于观测器的控制策略对供用水平衡进行及时可靠的控制，满足城市供水系统供用水平衡有效控制的实际需求。

本发明方法的具体步骤是：

1.建立城市供水系统的状态空间模型

首先，基于圣维南(Saint-Venant)方程和实测水务数据，建立下述供水系统模型

x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k)+Dν(k)