[发明专利]一种基于输出观测器的污水COD软测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种污水COD软测量方法，特别涉及一种对污水处理系统出水COD的软测量方法。

背景技术

由于对出水水质、系统效率等指标要求的不断提高，在线、实时地对各项水质指标进行监测成为现代污水处理系统中必不可少的关键环节。对于温度、酸碱度等指标，通常采用在线测量仪表进行检测。然而，传统上采用的在线仪表存在诸多明显不足：1）易受干扰，存在较大的测量误差；2）时滞现象明显；3）部分水质变量无法在线测量；4）价格昂贵，维护费用高。相比之下，软测量技术能够很好的克服上述缺点，受到了普遍重视。

软测量技术主要是指，不依赖于在线传感器，而利用数学关系对在线可测量的数据进行处理，从而得到在线不可测的变量。通常，其主要步骤包括辅助变量的选择、数据采集与处理、软测量模型、在线校正等。经过多年的发展，人们已经提出了多种软测量技术，主要可分为两大类：1）依赖于模型的方法，入机理建模、状态估计；2）基于数据的方法，如：回归分析、人工神经网络、支持向量机等。前者通过对系统的分析，构建反应模型，来获得待测变量与可测变量间的关系。其主要优点在于理论成熟，测量效果好。但对于较为复杂的系统，建模过程困难甚至难以实现，从而限制了其使用范围。后者则主要通过历史数据训练得到合理的数学模型，并将其应用于在线测量，实用性更强。该类方法的不足在于对建模数据的数量和质量均有较高要求，并且对系统的变化不敏感，测量偏差较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决污水处理过程中反应过程复杂、非线性关系强、部分关键变量难于测量的问题，而提供一种基于输出观测器的污水COD软测量方法。

本发明的一种基于输出观测器的污水COD软测量方法，是按照以下步骤进行的：

步骤一，选择辅助变量和待测变量：选取TOC、DO、ORP、pH、T、HRT和r作为辅助变量，分别设为u₁,…,u₇，将出水COD设为y，所述的y为待测变量；将污水处理过程定义为反应系统，系统输入为u=[u₁ … u₇]∈R^l，l=7，系统输出y∈R^m，m=1；其中，TOC为进水总有机碳含量，DO为反应池溶解氧，ORP为氧化还原电位，pH为酸碱度，T为水温，HRT为水力停留时间，r为回流比；

步骤二，数据采集：利用传感器采集污水的辅助变量和待测变量的数据样本，其中，辅助变量数据样本为u₁(i),…,u₇(i)，待测变量数据样本为y(i)；i=1,…,N₀，N₀为采样数量，传感器采集数据样本的时间为10s～10min；

取N₁组数据样本为训练样本，取N₂数据样本为检测样本，其中，N₁与N₂均为正整数，N₁+N₂=N₀；

步骤三，构建软件测量模型：

A、构建数据集：

选取采集训练样本时间的中间时刻k，取训练样本N₁中的数据，按如下方式构建数学矩阵Z_p和Z_f：