无时滞名义模型下污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法技术

本发明专利技术属于自动控制领域，公开的是无时滞名义模型下污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，在整个处理污水的系统中，作为处理污水剩余液的臭氧要通过以自制的PTFE中空纤维疏水膜制作的膜接触组件，与UV耦合成新的膜接触臭氧氧化

【技术实现步骤摘要】
无时滞名义模型下污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法


[0001]本专利技术属于自动控制
，基于垃圾剩余液污水处理设备的臭氧浓度控制，提出了一种大惯性大时滞系统的控制方法，以构建的无时滞名义模型及其反馈设计滑模控制器，将该控制器的滑模控制率输入至实际的臭氧浓度控制系统以改善系统性能，减小原系统中时滞对于系统的不利影响，基于原大惯性大时滞系统设计扰动观测器，观测出系统扰动并反馈至前向通道进行补偿，减小系统超调量，提高系统的响应速度，抗干扰能力和鲁棒性。

技术介绍

[0002]对于目前来说，环境污染成为全世界各个国家地区都需要强烈注意的问题，而对于发展中国家来说，前几十年的工业的高速发展，在快速发展工业的过程中，涌现的许多的污染，而且中国人口居多，所以如何处理垃圾剩余液污水对于国家的发展是必要的，不仅可以减少水污染的排放，而且能促进水源的可再生发展。
[0003]臭氧氧化处理污水当前被广泛应用在污水处理系统
[0004] (1)有效地去除污水中COD、阴离子洗涤剂及氨氮，而且在常温下，臭氧经过30min左右即可还原成氧气，因而没有任何残留和二次污染。
[0005] (2)臭氧可以在生产现场制造，与液氯、次氯酸钠相比，不需要储运环节，减少了操作危险性。
[0006] (3)臭氧具有强的氧化作用，反应速度快。臭氧对微生物、细菌、病毒都有良好的灭活和致死作用，它灭活微生物的效果优于氯、氯胺、二氧化氯等消毒剂。同时还能够氧化降解水中的其他污染物质。
[0007] (4)水中剩余的臭氧能很快自然分解为氧气，出水中含有较高的溶解氧，排放到受纳水体后不增加水体的负担，并可改善水体的水质，是最洁净的消毒剂。
[0008]但是在污水处理过程中，臭氧的浓度也对污水的处理效率以及能量的消耗有着影响。增大臭氧浓度有利于促进臭氧传质，脱色速率及COD去除率随之增快，但矿化效率(ΔCOD/ΔO3)及臭氧利用率却随之降低。过多的臭氧投加并未导致液相侧臭氧浓度成比例的增加，并且会造成臭氧的剩余。
[0009]目前来说，在实际对于臭氧浓度的控制过程中，主要集中在开关控制， PID控制与模糊控制。开关控制是最简单的控制方式，但控制精度极低，波动大，能耗高；而模糊控制需要大量的现场实际经验且没有自学的能力，不能很好的反应过程的实际特性，不能很好的保持臭氧浓度的稳定。
[0010]针对于以上提出的问题，本申请题出一种滑模抗扰控制方法，减小系统输出超调量，提高系统的响应速度，抗干扰能力和鲁棒性。

技术实现思路

[0011]本专利技术主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种无时滞名义模型下污
水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法。
[0012]一种无时滞名义模型下污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，其特征在于，包括：
[0013]步骤1、滑模控制器将臭氧实际浓度与设计值的差值作为输入量，输出去除误差之后的无时滞名义模型到扰动观测器；
[0014]步骤2、扰动观测器将被控变量和系统输出来对系统扰动进行估计，将观测到的系统扰动前馈至前向通道以达到抑制干扰；
[0015]步骤3、低通滤波器滤除高频噪声的有效，对低频干扰进行补偿，并将g(s)的逆模型转换为真分式。
[0016]在上述的一种无时滞名义模型下污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，步骤1的具体方法是，滑模控制器根据系统无时滞名义模型及其该模型的反馈设计，具体是：
[0017]步骤1.1：针对垃圾剩余液污水处理系统中的臭氧浓度进行控制，引入积分设计滑模函数，即
[0018][0019]其中，c为滑模面系数，跟踪误差为y
d
为臭氧浓度设定值；
[0020]步骤1.2：定义Lyapunov函数为
[0021][0022]则
[0023]在控制原理中，用Lyapunov函数来判断系统的稳定性，由系统方程
[0024][0025]可知对于平衡点s，如果存在一个连续函数V满足
[0026]与
[0027]那么系统将在平衡点s＝0处平衡，即
[0028]步骤1.3：令则即满足Lyapunov第二定律中第一个条件，也第二个条件当满足Lyapunov第二定律的条件，s＝0，s最终会稳定滑模面；
[0029]步骤1.4：通常来说，滑模控制律有三种选择：
[0030][0031]选择第二个滑模控制律可得
[0032][0033]其中，k和δ为带设计参数，sgn s为s的切换函数；
[0034]于是
[0035][0036]步骤1.5：从而
[0037][0038]不等式方程的解为
[0039][0040]可见，V(t)指数收敛至0，从而和e(t)的指数收敛速度取决于k；指数项
‑
ks能保证当s较大时，系统状态能以较大的速度趋近于滑动模态。
[0041]在上述的一种无时滞名义模型下污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，扰动观测器通过被控变量和系统输出来对系统扰动进行估计，将观测到的系统扰动前馈至前向通道以达到抑制干扰，降低干扰对被控过程产生的不利影响；如本申请控制方法系统框图虚线框1所示，r(s)为系统设定值，u0(s)为滑模控制器输出，y(s)为实际系统输出量，G
p
(s)则为实际被控过程，为系统最小相位部分模型的逆，e
‑
τ
为实际系统的时滞环节；虚线框1内为扰动观测器，d(s)为系统中实际干扰，为扰动观测器的扰动估计值。
[0042]在上述的一种无时滞名义模型下污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，扰动观测器中的低通滤波器具体执行:
[0043]步骤3.1：由于阶次过高的相位滞后会对系统产生欠阻尼的不利影响，故低通滤波器的阶次k一般取G
p
(s)的相对阶次；系统随着低通滤波器时间常数η的增大而更加稳定，但系统的抗扰动能力会随之降低，故扰动观测器的设计应综合考虑系统的抗干扰性能和鲁棒性；
[0044]步骤3.2：Q(s)通常为低通滤波器，加入低通滤波器能够过滤实际系统运行中，带来的外部噪声干扰，而且能将控制对象的最小相位逆模型转换成真分式；
[0045][0046]其中，η为滤波器的时间常数，k为该滤波器的阶次；
[0047]步骤3.3：当Q(s)静态增益为1时，可计算出扰动观测器的扰动估计值
[0048]附图说明
[0049]图1是本专利技术的无时滞模型下的垃圾剩余液污水臭氧浓度滑模抗扰控制的系统框图。
[0050]图2是本申请控制方法和传统PID控制的仿真输出图。
[0051]图3是垃圾剩余液污水处理装置。
具体实施方式
[0052]下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。
[0053]实施例：
[0054]本专利技术提出了一种无时滞名义模型下污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制，如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无时滞名义模型的垃圾剩余液污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，其特征在于，包括：步骤1、滑模控制器将臭氧实际浓度与设计值的差值作为输入量，输出去除误差之后的无时滞名义模型到扰动观测器；步骤2、扰动观测器将被控变量和系统输出来对系统扰动进行估计，将观测到的系统扰动前馈至前向通道以达到抑制干扰；步骤3、低通滤波器滤除高频噪声的有效，对低频干扰进行补偿，并将g(s)的逆模型转换为真分式。2.根据权利要求1所述的一种基于无时滞名义模型的垃圾剩余液污水处理设备臭氧浓度滑模抗扰控制方法，其特征在于，步骤1的具体方法是，滑模控制器根据系统无时滞名义模型及其该模型的反馈设计，具体是：步骤1.1：针对垃圾剩余液污水处理系统中的臭氧浓度进行控制，引入积分设计滑模函数，即其中，c为滑模面系数，跟踪误差为y
d
为臭氧浓度设定值；步骤1.2：定义Lyapunov函数为则在控制原理中，用Lyapunov函数来判断系统的稳定性，由系统方程可知对于平衡点s，如果存在一个连续函数V满足与那么系统将在平衡点s＝0处平衡，即步骤1.3：令则即满足Lyapunov第二定律中第一个条件，也第二个条件当满足Lyapunov第二定律的条件，s＝0，s最终会稳定滑模面；步骤1.4：通常来说，滑模控制律有三种选择：选择第二个滑模控制律可得
其中，k和δ为带设计参数，sgn s为s的切换函数；于是步骤1.5：从而不等式方程的解为可见，V(t)指数收敛至0，从而和e(t)的指数收敛速度取决于k；指数项
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：常雨芳，周菲菲，张学文，黄文聪，胡宇博，余文锦，周欣怡，胡滢，黄津莹，孙国勇，袁佑新，曾攀，孙涛，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：