[發(fā)明專利]一種面向污水處理過程的智能多目標優(yōu)化控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010961064.3
• 申請日: 2020-09-14
• 公開（公告）號: CN112099354B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊偉麗;趙楊
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京禹為知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 32272
• 代理人: 王曉東

本發(fā)明公開了一種面向污水處理過程的智能多目標優(yōu)化控制方法，包括，基于LSSVM構(gòu)建控制器設(shè)定值與能耗、出水水質(zhì)之間的軟測量模型；將所述軟測量模型作為目標函數(shù)、所述總能耗和所述出水水質(zhì)作為優(yōu)化目標，結(jié)合多策略自適應差分進化算法尋優(yōu)，獲得各跟蹤控制器的設(shè)定值；利用PID控制器對所述設(shè)定值進行跟蹤控制。本發(fā)明方法能夠有效地提升算法的收斂性和pareto解的多樣性，為跟蹤控制器提供優(yōu)質(zhì)的設(shè)定值，并且控制器的跟蹤性優(yōu)良，實現(xiàn)了大幅降低能耗、提升水質(zhì)的目標，為實際污水廠的優(yōu)化運行提供了一種新的參考方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)過程建模和優(yōu)化控制的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種面向污水處理過程的智能多目標優(yōu)化控制方法。

背景技術(shù)

隨著城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，生活污水和工業(yè)污水帶來的污染已然成為人類無法逃避的問題。現(xiàn)如今，活性污泥法是污水處理廠最常采用的一種污水生物處理技術(shù)，該技術(shù)是將污水和活性污泥混合后，利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用使有機污染物分解。盡管污水處理廠的首要目標是使出水水質(zhì)達標，但是也要考慮工廠的運營成本，尤其是控制好氧區(qū)溶解氧濃度(S_O)的鼓風機和控制厭氧區(qū)硝態(tài)氮濃度(S_NO)的回流泵所帶來的能耗。從生化反應機理來看，S_O和S_NO不僅決定了工廠的運營成本，還關(guān)乎著出水水質(zhì)，因此如何控制S_O和S_NO從而達到降低污水處理能耗、提升出水水質(zhì)是一項具有重要意義的研究任務。

目前主要的污水處理過程優(yōu)化控制方法，分為單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化。而污水處理過程中能耗和出水水質(zhì)是一組相互制約的指標，如果為了降低能耗而減少電力設(shè)備的運行，會影響生化反應的充分性，從而無法保證出水水質(zhì)。反之，為了提升出水水質(zhì)而讓電力設(shè)備高負荷運轉(zhuǎn)，勢必會導致能耗增加。如果采用單目標優(yōu)化一般側(cè)重于對污水處理過程中能耗的降低，而出水水質(zhì)的提升空間有限，很難達到能耗和出水水質(zhì)之間的最佳平衡。因此，采用多目標優(yōu)化綜合考慮能耗(Overall Cost Index,OCI)和出水水質(zhì)(EffluentQuality Index,EQI)，并且提升多目標尋優(yōu)算法的性能，能更加有效地降低能耗、提升出水水質(zhì)。此外，跟蹤控制結(jié)構(gòu)的不足會增加對控制器性能的要求，容易導致跟蹤性能不佳的問題。

綜上，在污水處理過程中，主要存在以下問題：污水處理過程具有非線性、強耦合、干擾大、入水水質(zhì)變化劇烈等特征，因此對其中的控制變量的設(shè)定值很難精確控制；針對常規(guī)多目標優(yōu)化算法的搜索性能不佳的情況，如何根據(jù)種群進化情況自適應地調(diào)整種群的全局和局部搜索能力，以提升算法的收斂性和pareto解的多樣性。

發(fā)明內(nèi)容

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊，而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述現(xiàn)有存在的問題，提出了本發(fā)明。

因此，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有污水處理方法過程中存在控制器的跟蹤性能不佳、算法收斂性和pareto解多樣性不足的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：包括，基于LSSVM構(gòu)建控制器設(shè)定值與能耗、出水水質(zhì)之間的軟測量模型；將所述軟測量模型作為目標函數(shù)、所述總能耗和所述出水水質(zhì)作為優(yōu)化目標，結(jié)合多策略自適應差分進化算法尋優(yōu)，獲得各跟蹤控制器的設(shè)定值；利用PID控制器對所述設(shè)定值進行跟蹤控制。

作為本發(fā)明所述的面向污水處理過程的智能多目標優(yōu)化控制方法的一種優(yōu)選方案，其中：構(gòu)建所述軟測量模型包括，以4個PID控制器的設(shè)定值作為輔助變量，能耗和出水水質(zhì)為兩個主導變量，用LSSVM建立軟測量模型，如下：

OCI＝f₁(S_O4set,S_O5set,S_NO2set)