[发明专利]一种城市污水处理系统的非脆弱PI控制方法

说明书

本发明公开了一种城市污水处理系统的非脆弱PI控制方法。本发明步骤：1、建立城市污水处理系统的状态空间模型；2、建立城市污水处理系统的执行器故障模型；3、建立城市污水处理系统的非脆弱PI控制律；4、设计PI控制器的积分部分；5、建立切换信号满足的切换条件；6、设计城市污水处理系统平稳运行的条件；7、城市污水处理系统的正性验证过程；8、城市污水处理系统的稳定性验证过程。本发明利用正切换系统建立城市污水处理系统的状态空间模型，借助多线性余正Lyapunov函数和矩阵分解技术提出并设计具有执行器故障的非脆弱PI控制器设计方法，合理处理城市污水，保障人们生活生产的顺利进行，保证了污水处理系统的有效运转。

技术领域

本发明属于工程技术领域，涉及到一种城市污水处理系统的非脆弱PI控制方法，利用正切换技术、矩阵分解技术、PI控制器设计方法，考虑执行器故障以及非脆弱等问题，从而实现对城市污水处理系统的控制。

背景技术

随着社会的进步，污水问题是城市发展过程中存在的一个重大问题，污水问题是现在生活中难以避免的问题。而污水处理是一种为使污水达到排入某一水体或再次使用的水质要求对其进行净化的过程。水资源的日益短缺和水污染逐渐加剧，污水处理成为目前水资源保护的一种重要方式，它对生产的影响不容忽视。目前，污水处理也得到了广泛应用，如：被建筑、农业、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域。此外，污水处理也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。因此，污水处理技术已成为工业自动化的一个重要部分，在自动控制领域有着不可替代的位置。

污水处理系统由三部分组成：收集和输送营区污水、雨水的排水管道系统，污水处理系统，污水深度处理和再利用系统。污水处理的目的在于经济合理的解决营区污水的管理、处理和利用问题，应根据污染物排放总量控制目标、污水水质、排放水体功能与流量、污水出路和水量等因素确定应达到的处理程度。污水处理主要目的是使处理后出水达到一定的排放要求，既不污染环境，又要充分利用水体自净能力，以节省费用。在考虑污水处理方案时，首先需确定污水应达到的程度，一般分为三级处理：一级处理亦称预处理，主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物；二级处理可大幅度地去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物；三级处理在二级处理的基础上进一步去除生物处理未能去除的污染物。污水处理系统的各个部分相互协调、配合，使得污水能够得到及时地处理，大大提高了污水的处理效率。

考虑到城市污水处理系统中污水流量本身具有非负特性，以及在污水处理过程中需要污水处理系统的各个部分相互协调、配合，才可使污水得到处理。若忽视城市污水处理系统中的污水流量的非负特性，用一般系统理论(非正系统理论)建模分析会造成模型上的资源冗余和浪费，这种冗余在实际过程中的表征意义也相对较弱。因此，采用正切换系统建模城市污水处理系统是很有必要的。此外，城市污水处理系统在实际运行过程中难免出现由于器件老化、磨损及外界环境等因素产生的执行器故障现象以及由于控制器扰动导致反馈控制系统性能恶化的非脆弱性问题，进而导致系统不能安全稳定运行，甚至造成瘫痪。为了解决这些问题，本发明专利拟考虑基于正切换系统建模城市污水处理系统，并将实际系统在运行过程中难免出现的由于器件老化、磨损及外界环境等因素产生的执行器故障现象考虑在内，设计一种非脆弱PI控制器，进一步完善城市污水处理系统的性能要求。PI控制器将比例(P)控制和积分(I)控制结合起来，既有比例控制作用的控制及时，又有积分控制作用消除偏差的能力。此外，PI控制器不仅可以改善系统的稳定性能还可以保证系统的动态性能。因此，采用PI控制器控制城市污水处理系统具有重大意义。

综上所述，提出一种城市污水处理系统的非脆弱PI控制方法，不仅具有重要的实际意义，也具有重要的工程价值。

发明内容