[發明專利]一種基于輸出觀測器的污水COD軟測量方法

有效

• 申請號: 201310368675.7
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103399134A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 尹珅;衛作龍;王光;楊旭;高會軍
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: G01N33/18
• 分類號: G01N33/18
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

1.一種基于輸出觀測器的污水COD軟測量方法，其特征在于所述的基于輸出觀測器的污水COD軟測量方法是按照以下步驟進行的：

步驟一，選擇輔助變量和待測變量：選取TOC、DO、ORP、pH、T、HRT和r作為輔助變量，分別設為u₁,…,u₇，將出水COD設為y，所述的y為待測變量；將污水處理過程定義為反應系統，系統輸入為u=[u₁…u₇]∈R^l，l=7，系統輸出y∈R^m，m=1；其中，TOC為進水總有機碳含量，DO為反應池溶解氧，ORP為氧化還原電位，pH為酸堿度，T為水溫，HRT為水力停留時間，r為回流比；

步驟二，數據采集：利用傳感器采集污水的輔助變量和待測變量的數據樣本，其中，輔助變量數據樣本為u₁(i),…,u₇(i)，待測變量數據樣本為y(i)；i=1,…,N₀，N₀為采樣數量，傳感器采集數據樣本的時間為10s～10min；

取N₁組數據樣本為訓練樣本，取N₂數據樣本為檢測樣本，其中，N₁與N₂均為正整數，N₁+N₂=N₀；

步驟三，構建軟件測量模型：

A、構建數據集：

選取采集訓練樣本時間的中間時刻k，取訓練樣本N₁中的數據，按如下方式構建數學矩陣Z_p和Z_f：

Zp=YpUp,]]>其中，Yp=Y(k-s)...Y(k-1),]]>Up=U(k-s)...U(k-1);]]>

Zf=YfUf,]]>其中，Yf=Y(k)...Y(k+s-1),]]>Uf=U(k)...U(k+s-1);]]>

Y(j)=[y(j)…y(j+N-1)]，U(j)=[u(j)…u(j+N)]

其中，N為正整數，N₁>N+2s，N≥s+1，所述的s=3；

B、估計左零空間：

計算并對其進行奇異值分解，結果如下：

1NZfZpT=UzΛXY00ΛΦVzT,]]>

U_z＝[U_z，XY?U_z，res]，其中，Λ_XY為對角陣，Λ_Φ≈0；

C、估計等價向量，公式如下：

取的最后一行，記為β，β為等價向量；

滿足：β=[β_u?β_y]，

β_u=[β_u,0…β_u,s]∈R^l(s+1)，

β_y=[β_y,0…β_y,s]∈R^m(s+1)，β_y,s=1；

D、構建軟測量模型

構建系統的輸出觀測器，即為軟測量模型sensor_s，其中軟測量模型構建公式如下：

sensors:zs(t+1)=Aszs(t)+Bsu(t)+Lsy~(t)y^s(t)=Cszs(t)+dsu(t)]]>

其中，u(t)為系統輸入，為系統輸出，z_s(t)為內部變量，為軟測量結果，

其中，系統的輸出觀測器參數確定方法如下：

Bs=-βu,0...βu,s-1∈Rs,]]>c_s=[0…0?1]∈R^s，d_s=-β_u,s，Ls=-βy,0...βy,s-1;]]>

步驟四，確定最優觀測器：

分別取s=4,…,l，重復步驟A至D，得l-3個軟測量模型，根據s取值，各模型分別為sensor₃,…,sensor_l；將步驟一中的輔助變量數據樣本u₁(i),…,u₇(i)和待測變量數據樣本y(i)代入各軟測量模型sensor₃,…,sensor_n中，得

定義評價指標其中y₀(t)為測試樣本中的實際輸出結果；最優軟測量模型S為E中數值結果最小的一組軟測量模型；所述的最優軟測量模型為S:z0(t+1)=A0z0(t)+B0u(t)+L0y~(t)y^0(t)=C0z0(t)+d0u(t);]]>

步驟五，在線測量：

E、模型移植

將最優軟測量模型S移植到在線監控計算機，實時獲取的采樣測量值u₁,…,u₇，以及計算出水COD值

F、在線濾波

通過在線濾波器對進行處理；處理公式如下：

y^f(t)=ay^0(k-1)+(1-a)y^0(t),]]>

其中，α∈[0,1]為濾波因子。