[發明專利]一種城市排水管網的安全運行控制方法

有效

• 申請號: 201710111139.7
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106842947B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 陳云;薛安克;王建中;徐哲
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;F17D5/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

本發明公開了一種城市排水管網的安全運行控制方法。目前我國城市排水管網系統難以直接測量管道內水流水位、水壓和流速等狀態信息，而且從控制輸入到水流狀態變化需要經歷較長的時延，給排水管道防止溢出的安全運行控制帶來了很大困難，目前缺乏有效、及時的安全運行控制方法。本發明利用時延補償比例積分觀測器對排水管道的水流狀態進行估計和重構，并進行基于觀測器的反饋控制設計，利用分離原理和蘭伯特(Lambert)W函數等方法，分別進行觀測器和控制器增益求解。本發明解決了城市排水管道防止溢出的安全運行控制的困難，滿足實際安全運行控制的準確性和實時性要求，有助于現代城市排水管網系統的安全可靠運行。

技術領域

本發明屬于自動控制技術領域，涉及一種利用時延補償觀測器進行排水管道水流狀態估計、并基于該觀測器實現排水管網防止溢出的安全運行控制方法，可用于城市排水行業。

背景技術

城市排水管網系統是現代城市重要的基礎設施，被稱為“城市的生命線”。城市排水系統的任務是收集、輸送和排放城市生活污水、工業廢水、大氣降水徑流和其它棄水，排水管網系統的安全運行是現代城市生產和生活的前提和保障。我國城市污水溢出嚴重、城市內澇頻發，已成為城市排水管網系統安全運行的主要問題。

隨著城市化的飛速發展，現代城市排水管網系統規模越來越大、結構越來越復雜。由于城市排水管渠通常運行在非滿管狀態，現有流量計難以準確測得水位和流量等數據，無法進行溢流的準確測量及定位，因而缺乏排水管道防止溢流的安全運行控制的有效方法，嚴重威脅著日常的安全健康和社會的可持續發展。

雖然，近年來各種監測技術在城市排水系統中大量使用，為解決我國城市排水管網的溢流問題提供了信息化手段，但是通常僅限于排水泵站的提升流量和蓄水池的液位等少數指標和少量點的檢測。當前技術還不能利用監測數據獲知排水管網的水流狀況，無法為排水管網防止溢流的安全控制提供信息。另一方面，通常排水管道水流狀態控制只能通過調節流進和流出管道的水流量之差來實現。而且，從泵站和蓄水池等閥門開啟到排水管道水流狀態變化之間的控制輸入時延較大，給排水管道防止溢出的安全運行控制的及時性、有效性增加了困難，急需應用新方法來改善這一現狀。

發明內容

本發明針對目前我國城市排水管網系統無法進行及時準確的防止管道溢流控制方法的缺失，提供一種城市排水管網安全運行控制的新方法。

本發明采用基于時延補償觀測器的控制方法，通過設計時延補償比例積分(PI)觀測器，進行排水管道水流狀態的估計與重構，然后基于觀測器和控制器設計的分離原理，分別利用極點配置和蘭伯特(Lambert)W函數方法進行控制器和觀測器的設計，從而為城市排水管網防止溢流的安全運行控制提供了及時有效的方法。

本發明方法的具體步驟是：

1.建立被控對象的線性狀態空間模型。

首先，基于管道的結構信息和水力學原理，建立排水管道水流狀態的圣維南(Saint-Venant)方程。

然后，根據實際排水管道的動態特性數據獲得輸入控制時延的估計，結合實際排水管道邊界條件，將圣維南方程進行線性化，得到線性化的排水管道水流狀態動態方程，

y(t)＝Cx(t)