[发明专利]一种具有输入饱和的污水处理系统的可靠PI控制方法

说明书

本发明属于自动化和现代控制工程及应用领域，公开了一种具有输入饱和的污水处理系统的可靠PI控制方法，包括步骤1、结合污水处理系统，建立具有输入饱和的污水处理系统的状态空间模型；步骤2、构建具有输入饱和的污水处理控制系统的控制律；步骤3、设计PI控制器的积分部分；步骤4、构造基于PI控制律的闭环控制系统；步骤5、构造具有输入饱和的污水处理控制系统平稳运行的约束条件；步骤6、验证所构造的污水处理闭环控制系统的正性和随机稳定性。本发明可以有效控制污水量大小，避免污水排放量过大以及输入饱和发生时所造成的水质下降以及污水处理系统瘫痪，使污水处理系统可以安全、平稳运行。

技术领域

本发明属于自动化和现代控制工程及应用领域，尤其涉及一种具有输入饱和的污水处理系统的可靠PI控制方法。

背景技术

近几年，世界各地开始重视水资源的再利用，重视污水的处理循环利用，污水处理行业进入高速发展时期。污水处理系统具有污水处理工艺过程复杂、污水控制干扰大、测量手段有限等特点，因此难以对实际系统建立精确的动态模型，从而无法提高科学有效的控制污水量的策略。

由于实际的污水处理系统中，污水的流量总是非负量，如果用一般系统对其进行建模会产生一定的冗余，即“负量”，在控制器设计过程中会造成不必要的资源浪费。因此，采用正系统对污水处理系统进行建模更加符合实际。考虑到流入污水处理系统的污水量会随着天气、时间、季节等因素发生变化。比如，城市或者工业污水排放量在某一时间段排放较大时，污水处理系统会进入“忙时模式”；某一时间段用水量较少时，排放的污水量随之而减小，此时，污水处理系统进入“闲时模式”。由于“忙时模式”和“闲时模式”的切换具有随机性，因此，可以采用正马尔科夫跳变过程描述污水处理系统。污水处理系统处于“忙时模式”时，待处理的污水量会比正常情况下显著增加，污水处理池中的水位超出正常水平线。由于污水处理池的容量有限，“忙时模式”会使系统输入饱和。饱和状态下，若排入过量的污水轻则导致污水处理池中的水、微生物、污泥等溢出，降低污水处理后的水质，重则导致污水处理系统瘫痪，不能正常运行。为了使系统在任何模式下都能正常运行，需要对流入污水处理池的污水量进行控制，使污水量维持在一定的数值或者一定的范围内。传统的控制器多为比例控制器，但由于实际污水处理系统的传感器等器件会存在一定的滞后性，使系统误差增大。因此，不能实现对污水量的精确控制。此外，一般形式的控制器在对被控对象执行控制任务时总会产生一定程度的控制器误差或波动。因此，对控制器参数进行额外的调整是非常必要的。

发明内容

本发明目的在于提供一种具有输入饱和的污水处理系统的可靠PI控制方法，以解决上述的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明的一种具有输入饱和的污水处理系统的可靠PI控制方法的具体技术方案如下：

一种具有输入饱和的污水处理系统的可靠PI控制方法，包括如下步骤：步骤1、结合污水处理系统，建立具有输入饱和的污水处理系统的状态空间模型；

步骤2、构建具有输入饱和的污水处理控制系统的控制律；

步骤3、设计PI控制器的积分部分；

步骤4、构造基于PI控制律的闭环控制系统；

步骤5、构造具有输入饱和的污水处理控制系统平稳运行的约束条件；

步骤6、验证所构造的污水处理闭环控制系统的正性和随机稳定性。

进一步地，所述步骤1包括如下具体步骤：

步骤1.1：对污水处理系统污水量的输入输出数据量进行采集以描述实际的系统：

考虑到实际污水处理系统中污水量的非负性和随机性，将实际系统建模为正马尔科夫跳变系统，设计非脆弱PI控制器；

步骤1.2：采集污水处理系统污水量数据，建立具有输入饱和的污水处理系统的状态空间模型，形式如下：