[发明专利]一种城市水务管网系统供水故障的控制方法

说明书

本发明公开了一种城市水务管网系统供水故障的控制方法。本发明采用正马尔科夫跳变系统的反馈控制方法。在城市水务管网系统运行过程中泵站阀门出现故障时，通过对系统模型进行数据采集，建立水务管网系统供水箱水量的正马尔科夫跳变系统模型。然后，对带有执行器故障的正马尔科夫跳变系统设计一种可靠控制器，从而获得城市水务管网系统供水故障的控制方法。与现有控制技术相比，本发明方法可以有效的解决城市水务管系统中泵站阀门老化、失效等造成的供水故障难题，保证系统稳定的前提下具有良好的控制效果。

技术领域

本发明属于自动化技术领域，涉及一种供水过程中通过控制水管或泵站阀门的开度值来实现城市水务管网系统供水故障的控制方法，可用于城市水务管网系统的供水过程。

背景技术

随着城市的现代化发展，城市水管理问题日益受到人们的关注。城市建设过程中开始出现水资源短缺、供水困难等现象。而城市水务管网系统是城市重要的基础设施，是城市赖以生存和发展的物质基础。城市水务管网供水系统是由水源、泵站、供水箱、供水管网、水管阀门及用水部门等构成。其中泵站和水关阀门的正常运转对日常的供水是非常重要的。目前，由于城市快速发展导致的水资源短缺，在用水高峰期，城市水务管网供水系统必须长时间、高精度的满负荷运转。这会导致泵站及水管阀门发生故障从而造成供水系统的不稳定并出现缺水、停水等现象。因此，采取合理的供水方案解决供水系统中泵站及阀门故障导致的供水问题是非常有必要的。

此外，城市中各个用水部门(如学校、工厂、居民楼等)的用水高峰期是不确定的。例如，在一个工厂中，工厂的每个部门的用水高峰期是随机的，当前时间段可能是部门1，下一时间段可能是部门1也可能是部门2。图1(见说明书附图)给出了一个指定物理区域的供水网络，由于水资源短缺，在用水高峰期水源无法给多个用水部门同时供水。因此，如果在当前时间段学校是用水高峰期，关闭泵B和泵C 的阀门，打开泵A阀门向学校供水；下一时间段的用水部门(可能是学校，可能是工厂，也可能是小区)如果是工厂，则关闭泵A和C的阀门，打开泵B阀门向工厂供水即可。由此可见，该种随机行为更适合用一个马尔科夫跳变过程来表示。由于供水系统供水箱中水的容积、泵站及水管阀门的开度等都是非负的，因此，采用正系统的分析方法可以更有效的分析供水系统供水箱水量容积的变化。为了保证用水的安全可靠以及供水系统的平稳运行，以带有执行器故障的正马尔科夫跳变系统为模型，采用相应的分析方法，一种基于状态反馈的控制方法可实现对城市管网系统供水故障的安全可靠控制。

发明内容

本发明的目的是针对城市水务管网系统供水过程中泵站及水管阀门故障问题，提出一种城市水务管网系统供水故障的控制方法。

本发明采用正马尔科夫跳变系统的状态反馈控制方法，对城市水务管网供水系统中供水箱水量容积、泵站及水管阀门的开度值进行控制，通过设计带有执行器故障的正马尔科夫跳变系统的可靠控制器对城市水务管网系统供水故障问题进行安全有效控制。

本发明方法的具体步骤包括：

步骤1、建立城市水务管网系统供水箱水量容积的状态空间模型，具体方法是：

1.1考虑城市水务管网系统供水网络。一个供水网络通常包含一组供水管道、不同容积的水箱、以及用于管理水流量以向用户供水的多个泵站和阀门。图1(见说明书附图)展示了这些元素之间的联系。图1中水箱为整个供水网络提供水存储容量，以确保为用户提供足够的用水服务。与第n个供水箱中存储的体积υ相关的质量平衡表达式可以写为离散时间差分方程

其中表示从第j个元素流入第n个水箱的水量，代表第n 个水箱流出到第h个元素(指用户)的水量。此外，Δt是采样时间，k是离散时刻。对于所有的k，水箱容积的约束被表达为υ_n(k)≥0为了方便起见，这些元素的动态行为被描述为体积的函数。该模型中不考虑水箱的几何结构产生的误差。