[发明专利]一种城市排水管道的有限时间控制方法

说明书

本发明涉及一种城市排水管道的有限时间控制方法。现有排水系统控制方法难以在给定的有限时间之内实现及时、有效地控制。本发明采用基于冗余通道的数据传输方法，在一条传输通道出现水流数据丢失的情况下，采用多条冗余通道对水流状态数据进行传输，并基于随机有限时间有界性分析结果设计动态输出反馈控制器，使用矩阵不等式方法求解控制器增益。本发明方法首先建立城市排水管道系统状态空间模型，然后构造动态输出反馈控制器，最后进行动态输出反馈控制器求解，得到有限时间动态输出反馈控制器的增益矩阵。本发明方法实现了在给定的有限时间内实现对城市排水系统的准确控制。

技术领域

本发明属于自动化技术领域，特别是现代城市排水行业中的自动化控制，涉及一种城 市排水管道的有限时间控制方法，利用输出反馈控制器对城市排水系统中的水流状态进行 有限时间控制，实现对城市排水管道有效控制。

背景技术

城市排水系统是城市地表水控制的重要基础设施，也是城市水污染防治和城市排渍防 涝的重要工程，所以及时有效地收集、输送、处理和排放整个城市的污水和雨水是城市排 水管道系统的重要任务。由于下水管道的蓄水能力、水泵的排水能力、污水处理厂的污水 处理能力这些因素的限制，在暴雨来临时，城市排水管道很容易发生溢流，甚至发生严重 的城市内涝。因此，实现对城市排水系统的实时控制,可以有效防止城市排水管道溢流和城 市内涝的发生。

现有的城市排水管道系统控制大多采用状态反馈控制方法，然而现实中很多复杂情况 下的水流状态变量无法测量或难以得到，因此也无法设计状态反馈控制器，这时可以采用 输出反馈控制的方法。此外在夏季，雨水量很大导致现有的控制方法不能在给定的有限时 间之内实现及时、有效地控制排水管道水位。因此，急需一种新的方法，对城市排水管道 系统在给定的有限时间内进行及时、有效地控制。

发明内容

本发明的目的是针对现有控制方法的不足，提出一种城市排水管道的控制方法，在给 定的有限时间之内实现对城市排水系统及时、有效地控制。

本发明使用了基于冗余通道的数据传输方法，在一条传输通道出现水流数据丢失的情 况下，采用多条冗余通道对水流状态数据进行传输，提高数据传送的成功率，并基于随机 有限时间有界性分析结果设计动态输出反馈控制器，使用矩阵不等式方法求解控制器增益， 从而在给定的有限时间内实现对城市排水系统的准确控制。

本发明方法的包括：

(1).建立城市排水管道系统状态空间模型；

首先，基于流体力学原理建立排水管道系统模型：

符号Σ表示求和运算，Π表示连乘。

x(k)表示k时刻检测到的水流状态向量，x(k)＝[x₁(k),x₂(k),x₃(k)]^T，x₁(k)、x₂(k)、x₃(k) 分别表示k时刻所测量的水位高度值、水流速度值和水压值，上标T表示矩阵的转置；

u(k)∈R^1×1表示k时刻的控制输入量，为排水管道上游进入管道的水流量与排水管道下 游流出管道的水流量之差；

y(k)∈R^1×1表示k时刻排水控制系统的测量输出，为传感器测量到的水流状态通过网络 传输到远程控制中心的测量值；

z(k)∈R^1×1表示k时刻排水控制系统待估计的输出信号；城市排水控制系统利用三个传 输通道将各传感器节点的水务数据信息传输到集中控制中心，在检测到主传输通道发生数 据丢失的情况下，冗余通道作为备用通道进行数据传输。