[发明专利]基于分层控制原理的合流制管道污水溢出控制方法

摘要

本发明涉及一种在分层控制原理的基础上，利用模糊控制来减少合流制管道污水溢出的方法。为了减少合流制排水管道污水溢出情况的发生，目前的方法存在诸多不足。本发明利用城市GIS系统所建立的城市多泵站管网系统，将多泵站管网系统分成若干层，每个层又可以分成若干个排水单元，每个排水单元运用模糊控制解决好局部的污水溢出最小化问题，最后将控制整个系统区域的污水溢出，提高了城市的防洪抗涝能力，并为合流制排水系统的操作从手动向自动转化奠定了基础。

主权项

1、基于分层控制原理的合流制管道污水溢出控制方法，其特征在于该方法的步骤包括：①利用城市多泵站管网系统，提取泵站作为节点的泵站分布拓扑结构图，以管网系统最后的排放口作为第一层根节点，以与第一层根节点直接相连的泵站作为第一层子节点，将第一层根节点和与之相连的1～3个第一层子节点作为第一层排水单元；再将第一层子节点作为第二层根节点，以与每个第二层根节点直接相连的1～3个泵站作为第二层子节点，将每个第二层根节点和与之相连的1～3个第二层子节点作为第二层排水单元；以此类推，将整个城市多泵站管网系统进行分层，每个层包括多个排水单元，每个排水单元包括2～4个泵站；②通过安装在泵站的模糊控制器，运用模糊控制来平衡子节点泵站进水池的水位，首先通过水位传感器测得排水单元中每个泵站进水池的当前水位，利用能量守恒原理转换成相应泵站进水池的集水量，计算出模糊控制器的输入变量的具体值，通过模糊控制得到精确的控制量；当水位变化时，模糊控制器的输入变量的具体值也将随之改变，重复以上步骤可得到变化后的控制量；当以两个泵站为一个排水单元时，可以直接通过子节点进水池的集水量得到控制量；模糊控制器的具体设计步骤为：a.模糊控制器输入输出变量的选择及输入变量值的计算，分如下两种情况，当以三个泵站为一个排水单元时，${\mathrm{df}}_{1-2}=\frac{V_1}{C_1}-\frac{V_2}{C_2}$ ${\mathrm{df}}_{\mathrm{1,2}-3}=\frac{V_3}{C_3}-\max (\frac{V_1}{C_1},\frac{V_2}{C_2})$ 选择两个子节点泵站具体开启的水泵数N1和N2作为模糊控制器的输出；当以四个泵站为一个排水单元时，${\mathrm{df}}_{1-2}=\frac{V_1}{C_1}-\frac{V_2}{C_2}$ ${\mathrm{df}}_{\mathrm{1,2}-3}=\frac{V_3}{C_3}-\max (\frac{C_1}{C_1},\frac{V_2}{C_2})$ ${\mathrm{df}}_{\mathrm{1,2,3}-4}=\frac{V_4}{C_4}-\max (\frac{V_1}{C_1},\frac{V_2}{C_2},\frac{V_3}{V_3})$ 选择三个子节点泵站具体开启的水泵数N1，N2和N3作为模糊控制器的输出；式中，Vi为泵站i进水池的集水量，Ci为泵站i进水池的最大集水量，df1-2 为子节点泵站1与子节点泵站2进水池的充满度之差，df1，2-3为根节点泵站3进水池的充满度和子节点泵站1、子节点泵站2进水池的充满度较高者的差值，df1，2，3-4为根节点泵站4进水池的充满度和子节点泵站1、子节点泵站2、子节点泵站3进水池的充满度较高者的差值；b.输入输出变量的模糊化将输入输出变量的值定位在相应模糊集合的语言变量值上，当以三个泵站为一个排水单元时，输入变量的模糊集合为df1-2＝{NL：负大，NS：负小，ZE：零，PS：正小，PL：正大}df1，2-3＝{NL：负大，NS：负小，ZE：零，PS：正小，PL：正大}输出变量的模糊集合为N1＝{VL：全停，L：开一台，M：开两台，H：开三台，VH：开四台}N2＝{VL：全停，L：开一台，M：开两台，H：开三台，VH：开四台}当以四个泵站为一个排水单元时，其中输入变量的模糊集合为df1-2＝{NL：负大，NS：负小，ZE：零，PS：正小，PL：正大}df1-3＝{NL：负大，NS：负小，ZE：零，PS：正小，PL：正大}df1，2，3-4＝{NL：负大，NS：负小，ZE：零，PS：正小，PL：正大}输出变量的模糊集合为N1＝{VL：全停，L：开一台，M：开两台，H：开三台，VH：开四台}N2＝{VL：全停，L：开一台，M：开两台，H：开三台，VH：开四台}N3＝{VL：全停，L：开一台，M：开两台，H：开三台，VH：开四台}输入变量的隶属度函数选择三角形隶属度函数；c.规则库的建立当以三个泵站为一个排水单元时，产生25条控制规则；当以四个泵站为一个排水单元时，产生125条控制规则，得到模糊控制规则表；d.模糊推理和去模糊化选择三角形隶属度函数作为输出变量的隶属度函数，并应用max模糊算子，模糊蕴含选择min运算，模糊合成选择max，去模糊化方法选择中心法；经过以上步骤可以获得最终精确的控制量。