[發明專利]基于PD-LSSVM穩態估計的污水COD控制方法

在審

• 申請號: 201910822260.X
• 申請日: 2019-09-02
• 公開（公告）號: CN110407268A
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 王欣;秦斌;秦羽新
• 申請（專利權）人: 湖南工業大學
• 主分類號: C02F1/00
• 分類號: C02F1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明針對污水處理COD常規PID控制積分項帶來的滯后問題，提出了一種基于比例微分(PD)?最小二乘支持向量機(LSSVM)穩態估計的控制方法；首先通過采集PID控制下各種狀態數據采集，用LSSVM來學習擬合出各狀態與該狀態下的PID控制器穩態輸出值的關系，然后采用訓練后的LSSVM估計PID控制器穩態輸出和比例微分控制器相結合的方法進行COD控制。本發明可以改善傳統PID污水COD控制滯后的缺點,有利于COD的穩定控制。

技術領域

本發明涉及的是一種污水處理化學需氧量(COD)領域的控制方法，具體地說，涉及一種基于比例微分(PD)-最小二乘支持向量學習機(LSSVM)穩態估計的污水COD控制方法。

背景技術

隨著經濟社會的快速發展，水污染的問題日益凸顯，有關于污水處理控制的技術研究受到越來越多的重視。其中，污水處理過程中COD存在大滯后、大慣性和時變等特點，常規PID控制，通過積分控制達到消除穩態誤差的過程較長，控制滯后效果不理想，需要尋找優化的控制方案。

發明內容

技術方案：為了克服上述問題，本發明提出的基于PI-LSSVM穩態估計的污水處理COD控制方法，其特征在于該污水處理COD控制系統采用LSSVM來給出傳統PID控制器的穩態控制值，再與PD疊加形成控制輸出。用于改善傳統PID污水處理COD控制積分滯后的缺點。保證污水處理COD控制正常、高效和可靠地運行。控制過程分為兩階段，階段實現如下：

階段1：先采用傳統的PID控制器進行污水處理COD控制，采集在不同狀態時污水處理COD控制狀態數據x_i＝(C^*,C_I,E,U)，包括出水COD給定當前值C*，入水COD當前值C_I，出水COD給定與出水COD當前值Co的誤差E，當前控制輸出U以及各狀態對應的PID控制器的穩態輸出值y_i，用LSSVM來擬合出各狀態與該狀態下的PID控制器穩態輸出值的關系。設學習樣本為LSSVM回歸通過非線性映射Φ將數據映射到高維特征空間，再在高維特征空間進行線性回歸：

LSSVM回歸函數可表示為：f(x)＝(ω·Φ(x))+b (1)

其中矢量ω∈Rⁿ，偏置b∈R。SVM在最小化樣本誤差的同時，利用結構風險最小化原則，函數擬合問題可描述為最優化問題：

式中是將輸入數據映射到高維特征空間的函數；ω∈Rⁿ，e_i為誤差，e_i，b∈R，C>0為懲罰系數，用于控制解的光滑度，其值越大代表對誤差的懲罰力度越強，T為轉置。

根據式(1)將模型轉換到對偶空間加以解決，得到如下Lagrange函數：

式中α_i∈R是Lagrange乘子，分別對ω,e_i,b,α_i求偏導，并令偏導數為0：

消去ω,e_i整理得線性方程組(4)：

式中y＝[y₁ … y_N]，α＝[α₁ … α_N]，I^T＝[1 … 1]，Ω為核矩陣

為滿足Mercer條件的核函數，可采用多種核函數如：

徑向基(RBF)核函數：K(x,x_i)＝exp(-|x-x_i|²/σ²)。其中σ為徑向基寬度