[发明专利]一种引力搜索算法及基于该算法的污水处理控制方法

说明书

本发明涉及一种差分自适应万有引力搜索算法和一种基于该算法的污水处理控制方法。一种差分自适应万有引力搜索算法，包括如下步骤：S1、初始化种群；S2、计算种群适应度值；S3、计算种群的惯性质量M及加速度a；S4、更新个体位置；S5、比对是否达到迭代次数，当达到迭代次数时，输出最优值；当未达到迭代次数时，重复所述步骤S2、S3和S4。本发明的有益效果是：在加快收敛速度，收敛速度的跟步长有关，现在最好的方法通过实时更新个体参数G₀和加速度α，有效控制算法收敛速度，同时提高算法精度。

技术领域

本发明涉及一种引力搜索算法及基于该算法的污水处理控制方法。

背景技术

只有在污水处理工艺中引入优质的计算机技术、当代优化算法和控制理论才能提升污水处理的效率，并减少处理成本。万有引力搜索算法(Gravitational searchalgorithm，GSA)是由伊朗克曼大学的Esmat Rashedi等人于2009年所分析的一种新的启蒙式优化算法。此种GSA算法的实质是模仿物理学中的万有引力现象，并将其演算成随机寻找最优解的过程。可是GSA目前使用较少，对自适应的研究更是寥寥无几。

虽然GSA算法是全局收敛的算法，能够寻找到最优值，但是如果算法在收敛之前没有搜索到全局(或者局部)最优解，将导致过早收敛而找不到最优值，也就是说，GSA跟其他优化算法一样，容易陷入局部最优。

现在我国已经建设了很多的污水处理厂，只要目的是减少水污染对环境形成的消极影响，当然处理过程的自动控制方法很前沿，但至今仍没有实现最优控制。只有污水处理已经到达《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，然后才可以思量控制的目标。从环境保护的角度研究，出水水质指标越小越好，而从运行成本研究，出水水质越好意味着消耗更多的资源和更多的运营费用。宁夏某污水处理厂使用先进的污水处理设施，采纳改良型SBR技术。

改良型SBR工艺还存在两个主要问题：一是污水处理中的水质参数检测滞后，采用的是离线人工检测方式，一般是人工取水，然后人工在实验室化验，得出出水水质指标COD(化学需氧量)、氨氮HN3-N等的化验结果，根据水质情况调整鼓风曝气盘。这样的检测方式需要耗时半小时，明显的对水质控制不够及时，效率低下。二是只有在水质达标的前提下，较少工艺的运行费用，才能够增强其经济效益。该工艺的运行费用主要包括人工费、污泥处理费、鼓风曝气费这三部分，其中人工费和污泥处理费一般根据工厂规模可以固定，而鼓风曝气费消耗大，且难控制。鼓风曝气量需要根据污泥排放量和溶解氧的浓度进行实时快速的调整，才能是曝气量最少，从而费用最优。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有效控制算法收敛速度，同时提高算法精度的差分自适应万有引力搜索算法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种差分自适应万有引力搜索算法，包括如下步骤：

S1、初始化种群；

S2、计算种群适应度值；

S3、计算种群的惯性质量M及加速度a；

S4、更新个体位置；

S5、比对是否达到迭代次数，当达到迭代次数时，输出最优值；当未达到迭代次数时，重复所述步骤S2、S3和S4。

本发明的有益效果是：在加快收敛速度，收敛速度的跟步长有关，现在最好的方法通过实时更新个体参数G₀和加速度α，有效控制算法收敛速度，同时提高算法精度。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤S4包括将万有引力搜索算法的公式带入更新公式中；

所述万有引力搜索算法的公式包括：

粒子间的引力为：