[發(fā)明專利]一種基于執(zhí)行-評(píng)判結(jié)構(gòu)的溶解氧濃度智能優(yōu)化控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010855574.2
• 申請(qǐng)日: 2020-08-21
• 公開（公告）號(hào): CN112147885B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬俊飛;楊茹越;王鼎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/02
• 分類號(hào): G05B13/02;G05D11/13
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種基于執(zhí)行?評(píng)判結(jié)構(gòu)的溶解氧濃度智能優(yōu)化控制方法本發(fā)明既屬于控制領(lǐng)域，又屬于污水處理領(lǐng)域。本發(fā)明通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立執(zhí)行?評(píng)判結(jié)構(gòu)中的執(zhí)行機(jī)制與評(píng)判機(jī)制，并通過離軌策略迭代方法提高了算法對(duì)環(huán)境的探索能力和在擾動(dòng)情況下的魯棒性能。該方法不需要建立污水處理過程模型，利用污水處理過程在線數(shù)據(jù)對(duì)執(zhí)行機(jī)制與評(píng)判機(jī)制的參數(shù)進(jìn)行更新，可以使評(píng)判機(jī)制逼近系統(tǒng)在當(dāng)前控制策略下的系統(tǒng)性能指標(biāo)，進(jìn)一步使執(zhí)行機(jī)制在系統(tǒng)性能指標(biāo)的作用下優(yōu)化當(dāng)前控制策略。該方法在污水處理溶解氧濃度跟蹤設(shè)定值的無模型最優(yōu)控制問題中取得了較好的效果，有助于提高控制精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明基于無模型的執(zhí)行-評(píng)判結(jié)構(gòu)智能優(yōu)化控制方法實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理中溶解氧濃度設(shè)定值的跟蹤。污水處理過程是一個(gè)具有強(qiáng)干擾的非線性系統(tǒng)，主要體現(xiàn)在污水處理系統(tǒng)進(jìn)水水量和進(jìn)水水質(zhì)條件波動(dòng)大，無法為凈化水質(zhì)的活性污泥微生物提供恒定的生長環(huán)境。控制溶解氧濃度精確跟蹤目標(biāo)設(shè)定值，不僅可以保證微生物的凈化效率，還可以保證出水水質(zhì)的穩(wěn)定。本發(fā)明既屬于控制領(lǐng)域，又屬于污水處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在對(duì)全國七個(gè)主要地區(qū)的656座污水處理廠的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，按照城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB 18918-2002)僅有185座污水處理廠達(dá)到了一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，有將近30％的污水處理廠沒有達(dá)到一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)。可見，我國的污水處理廠的出水水質(zhì)還有待提高。同時(shí)，我國污水處理工廠采用的主要工藝中，傳統(tǒng)活性污泥法、厭氧-缺氧-好氧法、厭氧-好氧法、氧化溝工藝和序批式活性污泥法的應(yīng)用數(shù)量和規(guī)模中占有較大比重。在這些工藝方法中，都需要對(duì)活性污泥生化反應(yīng)中的溶解氧濃度進(jìn)行控制。對(duì)污水溶解氧濃度的最優(yōu)控制可以提高出水水質(zhì)質(zhì)量。因此，本發(fā)明具有廣闊的應(yīng)用前景。

本發(fā)明提出一種基于執(zhí)行-評(píng)判結(jié)構(gòu)智能優(yōu)化控制方法控制污水處理溶解氧濃度，該方法通過執(zhí)行-評(píng)判結(jié)構(gòu)無需對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模，通過利用系統(tǒng)運(yùn)行的在線數(shù)據(jù)生成數(shù)據(jù)集，隨機(jī)選取數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)對(duì)評(píng)判網(wǎng)絡(luò)和執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)進(jìn)行更新，使評(píng)判網(wǎng)絡(luò)逼近系統(tǒng)性能指標(biāo)，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)逼近最優(yōu)的控制策略，避免了對(duì)污水處理系統(tǒng)建模不精確的問題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)污水處理溶解氧濃度的精確跟蹤控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明獲得了一種基于執(zhí)行-評(píng)判結(jié)構(gòu)的溶解氧濃度智能優(yōu)化控制方法。該方法通過分析污水處理過程中溶解氧濃度的控制特點(diǎn)，提出了溶解氧濃度控制中存在的最優(yōu)控制問題。借助執(zhí)行-評(píng)判結(jié)構(gòu)智能優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)了利用系統(tǒng)運(yùn)行在線數(shù)據(jù)的無模型溶解氧濃度最優(yōu)控制方法。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)運(yùn)行的在線數(shù)據(jù)逼近性能指標(biāo)函數(shù)和最優(yōu)控制策略。將這一方法運(yùn)用到污水處理過程中，采用國際水協(xié)提出的BSM1基準(zhǔn)仿真平臺(tái)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該方法的有效性。

一種基于執(zhí)行-評(píng)判結(jié)構(gòu)的溶解氧濃度智能優(yōu)化控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)最優(yōu)控制問題分析

本發(fā)明所研究的污水處理過程可以看作一個(gè)離散時(shí)間的非線性非仿射系統(tǒng)來描述：

x_t+1＝F(x_t，u_t)，t＝0，1，2，…#(1)

其中t是系統(tǒng)的離散時(shí)刻，t可取任意大于0的數(shù)。是系統(tǒng)狀態(tài)，表示t時(shí)刻污水處理系統(tǒng)的第五分區(qū)溶解氧濃度S_DO，5與第五分區(qū)溶解氧濃度目標(biāo)設(shè)定值之間的差值。u_t是系統(tǒng)t時(shí)刻的控制輸入。并且u_t＝ΔK_La_5，t＝K_La_5，t-K_La_5，t-1，其中K_La_5，t表示t時(shí)刻污水處理系統(tǒng)第五分區(qū)的氧傳遞系數(shù)，K_La_5，t-1表示t時(shí)刻的上一時(shí)刻t-1時(shí)刻的污水處理系統(tǒng)第五分區(qū)的氧傳遞系數(shù)，ΔK_La_5，t表示t時(shí)刻氧傳遞系數(shù)的增量。F(·)是代表了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的未知非線性函數(shù)。