[发明专利]一种城市排水系统防止污水溢出的优化控制方法

说明书

本发明公开了一种城市排水系统防止污水溢出的优化控制方法。现有的城市排水系统防止污水溢出的控制方法很少考虑到多模态切换、执行器饱和、不匹配不确定性、模型参数不确定性和外部干扰对防止污水溢出控制的影响。本发明方法同时考虑了执行器饱和、不匹配不确定性、模型参数不确定性和外部干扰的影响，基于不同水位的污水控制切换模型，通过平均驻留时间方法得到了满足平均驻留时间的切换信号，利用切换系统控制理论和低增益反馈技术，设计了基于观测器的多模态切换系统反馈控制器，最后利用线性矩阵不等式方法求解出控制器增益，实现了城市排水系统污水水位在警戒线以下、处于警戒线和位于警戒线以上三种水位的有效控制。

技术领域

本发明属于自动控制技术领域，涉及一种城市排水系统防止污水溢出的优化控制方法，通过设计基于观测器的多模态切换系统的反馈控制器，实现对污水水位的控制，有效防止污水的溢出，可用于现代城市排水行业。

背景技术

污水排水系统是城市排水系统的重要组成部分，主要用于排放城市工业废水、径流污水和居民生活污水。城市污水中一般含有大量病毒、病菌，除此之外，由于现代城市工业水平的高度发展，工业废水的水质变得越来越复杂，使现在的城市污水中含有大量各种类型的有毒、有害污染物。如果这些污水不能得到妥善排放和处理，将会严重影响生态环境和城市居民的健康安全。

随着城市工业化的快速发展和人民生活水平的极大提高，生活污水和工业废水的排放量越来越大，而且全球气候变化使得暴雨和台风极端天气频发，河道和下水道中污水溢出的情况时有发生，严重影响了居民生活和工业生产。因此，实时污水水位的有效控制，防止污水溢出显得尤为重要。

现有的许多防止污水溢出的控制方法建模过于简单，很少考虑到多模态切换、执行器饱和、不匹配不确定性、模型参数不确定性和外部干扰对防止污水溢出控制效果的影响。另外，由于现代城市排水管道交错复杂，且很多管道常年位于地下，污水水流状态无法获得或者测量成本过高，导致现有的控制方法并不能及时有效地防止污水溢出。因此，急需一种新方法，对污水水位进行及时有效的控制，防止污水溢出。

发明内容

本发明的目的是针对现有控制方法的不足，提供一种城市排水系统防止污水溢出的优化控制方法，通过切换系统基于观测器的反馈控制，有效地防止城市污水溢出。

本发明基于切换系统模型分别考虑污水水位在警戒线以下(未溢出)、处于警戒线(溢出临界状态)和位于警戒线以上(已溢出)三种运行模态，基于低增益反馈方法和平均驻留时间方法，设计了一种基于观测器的多模态切换系统反馈控制器，可在污水水位状态不可测或测量成本过高时，对一种城市排水系统的污水水位进行及时、有效控制。

本发明的具体包括：

(1).针对城市排水系统，建立污水水位控制的状态空间模型：

基于水力学原理及实验数据，建立如下切换系统模型：

y(t)＝C_1σ(t)x(t)+D_σ(t)ω(t)

z(t)＝C_2σ(t)x(t)；