[发明专利]一种基于果蝇优化和LSSVM的污水过程优化控制方法

说明书

本发明的目的是针对现有技术中所存在的不足，发明一种污水处理过程基于果蝇优化和最小二乘支持向量机(LSSVM)模型优化控制方法，通过采集污水过程数据，建立包含污水过程溶解氧和硝态氮系统模型，准确描述系统实时状态，采用果蝇算法进行滚动优化，将控制目标及各种约束体现在优化性能指标中，并根据实时数据在线更新模型。实现了污水处理过程的流程优化控制，能根据控制情况及时调整控制量，保证控制过程的稳定，而且能够根据过程的变化情况进行优化控制，使污水处理过程能耗降低。

技术领域

本发明属于污水处理领域，更具体地说，涉及一种污水处理优化控制方法。

背景技术

随着人口数量的持续增长和现代工业的高速发展，对用水需求增加的同时伴随着水环境的严重污染，面对这一矛盾，污水处理成为了我国近年来基本建设投资的重点。现有的污水未经深度处理远远不能满足达标排放的标准，未达标的排放会对地下水资源产生巨大的污染并对环境产生深远的影响。基于环境保护和节约用水，节水的最重要环节就是污水的再利用，尽管全国648个城市已建设较为完备的污水处理厂，占全国城市的98.5％，但是根据最近的统计数据，全国各城市的平均污水处理率仅82.13％，某些城市的污水处理率连70％都无法达到。不难看出，这距离理想指标差距甚远。而运行负荷不足，使得近一半的污水处理厂出水水质超标或运行异常。可以看出，全国各大城市的污水处理厂的运行现状不容乐观。

污水处理过程是一个工艺复杂，具有强耦合、不确定、非线性和大滞后等特点的复杂系统。经过多年的建设，我国污水处理行业取得了一定的成绩，但落后的生产技术和粗放的管理使得大部分污水厂处理成本高、效率低。最突出的表现在相对较小的污水处理厂，因为仪表的准确性不好，设备运行调整迟缓导致出水水质会有些差异，可靠性和抗干扰能力不是很高。因此，如何保证污水处理厂出水水质合格，并在此前提下尽可能的降低能耗物耗并改善生产管理方式是现阶段需要迫切解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中所存在的不足，发明一种污水处理过程溶解氧和硝态氮基于果蝇优化和最小二乘支持向量机(LSSVM)模型控制方法和系统，通过采集污水过程数据，建立包含污水过程溶解氧和硝态氮系统模型，准确描述系统实时状态，采用果蝇算法进行滚动优化，将控制目标及各种约束体现在优化性能指标中，并根据实时数据在线更新模型。实现了污水处理过程的流程优化控制，能根据控制情况及时调整控制量，保证控制过程的稳定，而且能够根据过程的变化情况进行优化控制，使污水处理过程能耗降低。

设系统第k步柔化给定y_r(k+j)和模型预测输出y_m(k+j/k)的偏差为：

e(k+j)＝y_r(k+j)-y_m(k+j/k) (1)

j＝1,2,...,M为预测步长，优化控制器的任务是使用优化算法获得如式(2)所示的目标函数的最小值：

并且需要满足系统的控制约束和输出约束：

式(2)中，中下标min,max分别表示最小和最大值，Mp为最大预测长度；Nu为控制长度；λ为控制加权系数，当不满足约束时，γ＝1，目标函数加上一个大的惩罚值C，满足约束时γ＝0；y_r(k+j)为经过柔化的参考给定：

式(4)中，T_r为参考轨迹时间常数；T_S为采样时间；y_d为设定值向量，y_d,NO为硝态氮S_NO,2的给定，y_d,O为溶解氧S_O,5的给定，α为滤波常数矩，k＝1,2,…,np。

对应式(2)最小值的未来控制量为：