[发明专利]一种基于优化自抗扰控制的管网叠压供水系统

说明书

技术领域

本发明涉及二次供水系统以及自动控制领域，特别涉及一种基于优化自抗扰控制的管网叠压供水系统。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，给排水设备经历了从传统的水泵加压屋顶水箱到现在比较常见的变频恒压供水系统，20世纪末又出现了一种新型的供水设备-管网叠压供水系统。该系统是在变频恒压供水系统的基础上发展起来的，它不仅继承了变频恒压供水的优点，而且充分利用了管网余压，减少了能源浪费；此外取消了水池水箱等大容积设备，既减少了占地面积和安装难度，也有效避免了水质污染等问题。但是叠压供水系统在解决原有问题的同时也带来了自身的一些问题，特别是叠压供水系统是将加压设备串接在市政管网上的，如果控制不当将直接影响市政管网的压力，从而影响其他用户用水，这就对叠压供水系统的控制提出了更高的要求。申请号为200810057135.6的专利申请“双控智能型叠压供水系统”提出对叠压供水系统采用压力传感器和液位传感器双信号控制的方法和将进水口设在稳流补偿器底端的方法来增加系统的安全性和减小管网压力的干扰，专利号为200820090546.0的专利申请“全自动双变频叠压供水设备”也提出了采用变频器协调工作来增加系统的可靠性。然而，目前关于管网叠压供水系统控制算法的研究还很少，需要进行深入研究以保证供水安全，提高供水质量。

供水系统本身是一个多变量、非线性、多耦合的系统，其精确数学模型一般很难确定，而叠压供水系统由于叠加了管网压力，出口压力受到市政管网余压和用户流量的双重影响，与传统变频恒压供水系统相比相当于增加了一个变量的作用，使得系统运行的变化范围更大，更容易受到外界的干扰。目前，二次供水系统多采用传统的PID控制，虽然能够保证供水压力静态偏差基本达标，满足用户用水的流量需求，却不能顾及调速过程的动态特性，供水动态品质较差。如果调节不当，则会使供水过程中压力振荡幅值过大，引发供水管路振荡、水流喘振等多种不良状态，影响供水稳定性及用户的用水舒适性。

自抗扰控制技术是一种非线性数字控制技术，它继承了PID基于误差控制而不是模型控制的优点，因此不要求被控对象的数学模型，且对干扰具有很好的抑制作用，也很容易使用。然而，该控制技术在跟踪微分器和扩张状态观测器部分的运算比较复杂，占用了很多运算时间直接影响到了系统的实时控制，更主要的是目前被使用在二次供水系统中的控制设备还比较简单，无法适应特别复杂的控制算法。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述现有技术中的不足，而提供一种基于优化自抗扰控制的管网叠压供水系统，以解决现存的管网叠压供水系统控制问题，从而使该系统响应速度、抗干扰性、鲁棒性等性能得到改善，并且提高供水的安全性和用户用水的舒适性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种基于优化自抗扰控制的管网叠压供水系统，该系统包括变频器、异步电动机、水泵、压力传感器以及基于自抗扰算法的数字控制单元，其特征在于：所述的基于自抗扰算法的数字控制单元将接收到的压力传感器输入的压力值，经A/D转换和内部自抗扰程序处理后，以模拟电压信号的形式输出到变频器；变频器输出端接异步电动机的输入端，异步电动机根据变频器给定的电压和频率信号进行调速，从而对水泵出口压力进行调节。

上述基于自抗扰算法的数字控制单元由过渡过程、扩张状态观测器、非线性组合和动态扰动补偿四部分组成。

上述基于自抗扰算法的数字控制单元的自抗扰程序的工作步骤为：

①系统初始化；②检测各点压力值；③判断有无故障发生；④有故障时进行相应的事故处理并报警；⑤系统正常运行时，将压力值经A/D转换后利用自抗扰控制算法进行处理；⑥将得到的控制量以模拟信号形式输出；⑦检测有无停止信号；⑧若无停止信号，继续检测各点压力值，循环上述程序；⑨若有停止信号，则程序停止。

本发明的有益效果：

1.自抗扰算法的数字控制单元通过安排过渡过程，解决了传统PID快速和超调之间的矛盾，使得控制器中的各参数选择范围更大，参数整定起来更加方便。

2.采用自抗扰算法的数字控制单元后，叠压供水系统控制效果得到了很大改善，如响应速度更快，抗干扰能力更强，鲁棒性更好等。

3.通过优化自抗扰算法的数字控制单元的过渡过程，使得该算法在控制性能没有太大的影响的情况下，对于目标参考值无变化且不易受干扰的一类控制对象的计算更加简化，应用起来更加容易。

4.该控制单元实时对叠压供水系统各点压力值进行检测，一旦发生事故可及时报警，提高了系统运行的安全性，防止其对市政管网压力产生影响。

附图说明