[发明专利]一种基于PH值动态模型的废水处理过程控制方法

说明书

本发明公开了一种基于PH值动态模型的废水处理过程控制方法，包括以下步骤：设计并初始化分数阶PID预测控制器，得到最优参数best；通过分数阶PID预测控制器的变换算子进行算子变换得到参数newbest，代入最优参数best和参数newbest得到分数阶PID预测控制器的输出变量u(k)；选择一阶时延带干扰模型作为废水PH值的非线性模型，以输出变量u(k)作为一阶时延带干扰模型的输入，得到输出废水PH值y(k)；对输出废水PH值y(k)进行预测得到预测输出变量y(k+p)；将预测输出变量y(k+p)与目标值ysp的差值作为误差变量，结合控制器参数best与newbest，代入分数阶PID预测控制器得到目标函数j(best)和j(newbest)，当j(best)j(newbest)时，使best＝newbest，重复上述步骤产生下一组数据，直到到达设置的最大采样点。本发明能够实现PH值的在线优化控制。

技术领域

本发明涉及废水处理过程pH值的控制问题，具体公开了一种基于PH值动态模型的废水处理过程控制方法。

背景技术

废水处理主要包括废水预处理、絮凝、曝气、沉淀等过程，pH值作为废水预处理过程的一个重要参数，会影响到后续絮凝等工序的进行及废水是否达标排放。因此，废水处理厂通过向废水中添加酸、碱中和剂进行化学反应来达到pH值控制的目的。废水pH值的调节主要为中和反应过程，在中和点附近的高灵敏性使其具有强非线性和不确定性，同时由于反应发生在露天、体积较大的“容器”之中，还存在较强的外界干扰及较大的滞后性。因此，为了实现废水pH值的准确、在线控制，研究在更加符合实际情况的非线性动态模型上对pH值进行优化控制显得尤为迫切。

近年来，研究者对非线性系统的研究不断深入，大量与之相关的现代控制方法和智能算法也不断地被挖掘。传统的PID控制器由于结构简单、易于操作实现，且在系统较稳定时鲁棒性较好，被广泛地应用于工程实践当中。然而，废水中和反应过程由于其强非线性及滞后特性，参数固定的PID控制器只适用于一定的工作范围内且无法克服时滞特性。随着分数阶控制系统的提出，现有文献表示，当各控制器参数调节恰当时，在相同条件下分数阶控制器的性能优于整数阶控制器，这主要得益于分数阶控制器多出的两个参数，使系统拥有更大的灵活性和更强的鲁棒性。因此，分数阶PID控制器逐渐被应用于各工业领域，同时，为了提高控制器对系统约束及干扰的处理能力，将预测控制和分数阶PID控制器相结合获得一个性能更优的分数阶预测PID控制器。

考虑到相对于传统的PID控制器，还没有系统的对分数阶预测PID控制器进行参数设计或者整定方法，引入状态转移算法来对该控制器进行参数整定。状态转移算法是一种全局优化算法，现已普遍应用于实际工业过程中，具有不错的寻优能力。

本发明利用基于数据驱动的废水pH值调节一阶时延带干扰预测模型，在此基础上设计分数阶PID预测控制器，将分数阶PID控制器的强鲁棒性和预测控制的在线滚动优化性质相结合，并针对该控制器参数设计困难的问题，创新性地引入状态转移算法对控制器进行参数整定。该控制方法具有更好的抗干扰能力、控制器参数在线整定能力，可提高系统在更大范围内的控制效果。

发明内容

本发明目的在提供一种基于PH值动态模型的废水处理过程控制方法，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于PH值动态模型的废水处理过程控制方法，包括以下步骤：

设计并初始化分数阶PID预测控制器，得到一组控制器参数作为最优参数best；

通过分数阶PID预测控制器的变换算子进行算子变换得到参数newbest，代入最优参数best和参数newbest得到分数阶PID预测控制器的输出变量u(k)；

选择一阶时延带干扰模型作为废水PH值的非线性模型，以输出变量u(k)作为一阶时延带干扰模型的输入，得到输出废水PH值y(k)；

对输出废水PH值y(k)进行预测得到预测输出变量y(k+p)；