[發明專利]一種基于自適應知識遷移策略的污水處理過程多任務優化控制方法

在審

• 申請號: 202110998336.1
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113867276A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 韓紅桂;白星;侯瑩;楊宏燕;喬俊飛
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

一種基于自適應知識遷移策略的污水處理過程多任務優化控制方法，屬于污水處理領域。為了同時優化脫氮任務和除磷任務，平衡出水水質和能耗的關系并實現優化設定值的求解，本發明建立數據驅動的污水處理過程多任務優化目標模型，描述脫氮任務和除磷任務的特征，采用基于自適應知識遷移策略的多任務粒子群優化算法求解污水處理過程硝態氮S_NO和溶解氧S_O濃度的優化設定值，并使用PID控制器對優化設定值進行跟蹤控制，從而獲得出水總磷、出水總氮和能耗的平衡，實現污水處理過程多任務優化控制。

技術領域

本發明涉及一種基于自適應知識遷移策略的污水處理過程多任務優化控制方法，首先，利用數據驅動方法建立多任務優化目標模型，獲得污水處理過程脫氮任務和除磷任務優化目標函數，其次，設計基于自適應知識遷移策略的多任務粒子群優化算法求解污水處理過程硝態氮S_NO和溶解氧S_O濃度的優化設定值，最后，采用PID控制器對優化設定值進行跟蹤控制，從而獲得出水總磷、出水總氮和能耗的平衡，實現污水處理過程多任務優化控制。

背景技術

隨著污水處理規模的不斷擴大和處理工藝的復雜性，出水水質超標和運行成本過高問題尤其嚴重。優化控制方法作為改善城市污水處理運行效果和提高運行效率的關鍵，已成為城市污水處理廠的重要選擇。

根據污水處理過程工藝的特點，污水處理過程主要包括初沉、生物脫氮、生物除磷、厭氧生物處理和二次沉降等。不同的生化反應過程對應著不同的優化目標和操作要求。因此，污水處理過程是一個多任務系統。如何設計優化策略，降低能耗并提高出水水質，已成為具有多任務特性的污水處理廠亟待解決的問題。在污水處理多任務優化控制目標模型的建立過程中，由于污水處理工藝復雜，機理模型難以確定，因此，建立數據驅動的多任務優化目標模型對精確描述污水處理脫氮和除磷過程具有重要的意義；另外，在污水處理過程中，如何實現脫氮任務和除磷任務的同時優化，并求解優化設定值是有挑戰性的問題；因此，設計合理的優化方法，對硝態氮S_NO和溶解氧S_O濃度進行優化控制，不僅可以獲得出水總氮和出水總磷以及能耗的平衡，而且是污水處理過程的穩定高效運行的關鍵。

本發明設計了一種基于自適應知識遷移策略的污水處理過程多任務優化控制方法，主要建立了數據驅動的污水處理過程多任務優化目標模型，并利用基于自適應知識遷移策略的多任務粒子群優化算法求解污水處理過程硝態氮S_NO和溶解氧S_O濃度的優化設定值，并采用PID控制器對優化設定值進行跟蹤控制。

發明內容

本發明獲得了一種基于自適應知識遷移策略的污水處理過程多任務優化控制方法，該方法利用數據驅動方法建立多任務優化目標模型，獲得污水處理過程脫氮任務和除磷任務優化目標函數，設計基于自適應知識遷移策略的多任務粒子群優化算法求解污水處理過程硝態氮S_NO和溶解氧S_O濃度的優化設定值，采用PID控制器對優化設定值進行跟蹤控制，從而獲得出水總磷、出水總氮和能耗的平衡，實現污水處理過程在線優化控制。

本發明采用了如下的技術方案及實現步驟：

一種基于自適應知識遷移策略的污水處理過程多任務優化控制方法，其特征在于，建立數據驅動的污水處理過程多任務優化目標模型，設計基于自適應知識遷移策略的多任務優化控制方法，具體包括以下步驟：

(1)數據驅動的污水處理過程多任務優化目標模型構建

數據驅動的污水處理過程多任務優化目標模型用于描述脫氮和除磷過程的特征，包括脫氮任務模型和除磷任務模型；

建立數據驅動的污水處理過程脫氮任務模型：