[發明專利]基于模糊和閉環控制的壓載水殺菌裝置優化方法及系統

在審

• 申請號: 202010183680.0
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111399378A
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 張衛東;歐林林;衣博文
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;C02F1/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 丁云

本發明涉及一種基于模糊和閉環控制的壓載水殺菌裝置優化方法及系統，用于匹配水質情況和壓載水殺菌裝置的運行功率，所述方法包括如下步驟：(1)測量壓載水殺菌裝置入水口的水質濁度和藻類豐度，進行模糊控制得到殺菌裝置功率P₁；(2)將設定的藻類豐度作為輸入，壓載水殺菌裝置出水口藻類豐度作為反饋進行閉環控制，得到殺菌裝置功率P₂；(3)融合殺菌裝置功率P₁和P₂，得到總功率P；(4)殺菌裝置運行在功率P，完成入水口的水質濁度和藻類豐度與運行功率的匹配。與現有技術相比，本發明方法具有很強的魯棒性，輸入端的干擾和變化對控制效果的影響被大大減弱，在滿足凈化和殺菌標準的前提下，選擇最小殺菌裝置輸出功率。

技術領域

本發明涉及一種壓載水殺菌裝置優化方法及系統，尤其是涉及一種基于模糊和閉環控制的壓載水殺菌裝置優化系統及方法。

背景技術

外來物種入侵帶來的危害越來越被廣泛的認知，控制和避免外來水生物入侵，尤其是通過人類活動而造成的入侵，已經成為當今人類社會的重要任務之一。其中，不斷發展的航運技術使得越來越多的船舶壓載水數量通過航運業在全球海域流轉，壓載水對船舶的安全高效運行至關重要，因為它提供船舶的強度和穩定性。另一方面，由于壓載水中攜帶的非本土物種，不斷提高的船速減少了航運時間，但同時也提高了水生生物的存活率，壓載水造成了嚴重的海洋生態問題。如今，人們已經將壓載水認定為是造成海洋環境污染的四大威脅之一。國際海事組織提出了《控制和管理船舶壓載水和沉積物國際公約》，以防止有害物種通過壓載水從一個區域擴散到另一個區域。根據公約，每艘船舶必須配備適當的壓載水處理系統。

中國專利110028190A公開了一種壓載水處理裝置，其采用紫外線和超聲波等多裝置消毒和凈化壓載水，但是沒有對水質進行初步檢測和等級劃分，直接采取流程化處理，存在處理過程復雜和能耗浪費的問題。紫外線對不同水質濁度下的微生物滅活存在相關性問題，不同水質濁度下的紫外線功率調節直接影響殺菌裝置的效率和能耗。在論文壓載水水質與殺菌裝置能量管理研究(傅祥棣.壓載水水質與殺菌裝置能量管理研究[D].江蘇科技大學,2018.)中，傅祥棣提出使用模糊控制管理殺菌裝置處理船舶壓載水的方法。該方法將模糊控制規則運用到壓載水水質和殺菌裝置能量管理中，在不同的水質環境下，殺菌裝置輸出不同的功率。但是，該方法僅基于已有經驗去控制殺菌裝置的功率，并沒有對排水口的壓載水進行反饋檢測，不能保證排出的壓載水符合理想指標。

在此背景下，本發明針對壓載水管理系統，將水質濁度、藻類豐度與殺菌裝置的功率關聯研究，在分析殺菌裝置工作原理的基礎上，圍繞其在運行過程中如何高效殺菌的同時，實現各殺菌單元的優化管理，以降低系統能耗。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于模糊和閉環控制的壓載水殺菌裝置優化方法及系統。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于模糊和閉環控制的壓載水殺菌裝置優化方法，該方法用于匹配水質情況和壓載水殺菌裝置的運行功率，包括如下步驟：

(1)測量壓載水殺菌裝置入水口的水質濁度和藻類豐度，進行模糊控制得到殺菌裝置功率P₁；

(2)將設定的藻類豐度作為輸入，壓載水殺菌裝置出水口藻類豐度作為反饋進行閉環控制，得到殺菌裝置功率P₂；

(3)融合殺菌裝置功率P₁和P₂，得到總功率P；

(4)殺菌裝置運行在功率P，完成入水口的水質濁度和藻類豐度與運行功率的匹配。

步驟(1)具體為：

(1.1)，選取壓載水殺菌裝置入水口的水質濁度T和藻類豐度F作為兩個輸入變量，選取殺菌裝置功率P₁為輸出變量；