基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，涉及供水监控系统和节能技术领域，由传感器、自抗扰控制器、变频器、电动机、水泵、报警装置、通讯网络和监控中心构成，所述通讯网络采用3G通讯网络，所述传感器连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接变频器，所述变频器连接电动机，所述电动机连接水泵，所述报警装置连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接3G通讯网络，所述3G通讯网络连接监控中心。本发明专利技术结构简单，设计合理，是一种自动化程度高、供水系统能够稳定快速地调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及供水监控系统和节能
，特别是一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统。
技术介绍
自20世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。自动化技术已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标致，过程控制是自动化技术的重要组成部分。自抗扰控制器技术是发扬PID控制技术的精髓并吸取现代控制理论的成就，运用计算机仿真实验结果和归纳和总结和综合中探索而来的，是不依赖被控对象精确模型的、能够替代PID控制技术的、新型实用数字控制技术。随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，同时，传统的恒速泵加压供水，水塔高位水箱供水，气压罐供水等供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等特点，难以满足当前经济生活的需要。再加上目前能源紧张，利用先进的自动化技术、控制技术以及通信技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的供水系统必然成为趋势。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足,提供一种自动化程度高、供水系统稳定快速调节的基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统。本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，由传感器、自抗扰控制器、变频器、电动机、水泵、报警装置、通讯网络和监控中心构成，所述通讯网络采用3G通讯网络，所述传感器连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接变频器，所述变频器连接电动机，所述电动机连接水泵，所述报警装置连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接3G通讯网络，所述3G通讯网络连接监控中心。而且，所述的自抗扰控制器由非线性跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性组合装置构成。而且，所述的电动机为2-N组。而且，所述的水泵为2-N个。而且，所述的监控中心包括3G网络模块、监控主机和服务器。本专利技术的优点和积极效果是：1、本专利技术采用的自抗扰控制器，其采用“观测+补偿”的方法来处理控制系统中的非线性与不确定性，同时配合非线性的反馈方式，提高控制器的动态性能；并且自抗扰控制器算法简单、易于实现、精度高、速度快和抗扰能力强；同时统一处理确定系统和不确定系统的控制问题；扰动抑制不需外扰模型或者外扰是否直观；控制算法不需辨识控制对象；统一处理非线性和线性系统；可以进行时滞系统控制；解耦控制秩序考虑静态耦合，不用考虑动态耦合等。2、本专利技术根据变频调速供水方式的节能原理,利用自抗扰控制算法，基于时用水量预测的分时变压供水方式；应用时间序列分析的预测方法对时用水量进行预测,利用对某小区历史时用水量进行仿真预测分析,通过误差分析可知这种预测方法满足供水系统的工程需要,然后依据预测值和管网特性设定出水口供水压力,并分析理论节能效果；利用对供水系统模型辨识及PID控制器参数整定做了相关研究自抗扰控制算法，保证了供水系统的稳定快速调节。附图说明图1是本专利技术实施例的系统结构框图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术实施例做进一步详述：一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，如图1所示，一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，由传感器、自抗扰控制器、变频器、电动机、水泵、报警装置、通讯网络和监控中心构成，所述通讯网络采用3G通讯网络，所述传感器连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接变频器，所述变频器连接电动机，所述电动机连接水泵，所述报警装置连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接3G通讯网络，所述3G通讯网络连接监控中心。所述的自抗扰控制器由非线性跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性组合装置构成；所述的电动机为2-N组；所述的水泵为2-N个；所述的监控中心包括3G网络模块、监控主机和服务器。结合附图，阐述本专利技术的工作原理：系统通电，按照接收到的有效的自抗扰控制器启动信号后，首先通过液位传感器检测蓄水池水位和设定水位值之间的差值，若蓄水池水位高于设定水位，则通过报警装置进行报警，否则，启动变频器，拖动电动机，开启水泵。根据用户管网实际压力和设定压力的误差调节变频器的输出频率，控制水泵的转速，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，水泵功能的转速才稳定到某一定值，这期间水泵工作在调速运行状态。当水量继续增加，变频器的输出频率达到上限频率时，若此时用户管网的实际压力还未达到设定压力，并且已满足增加水泵的条件时，在变频循环式的控制方式下，系统将电动机切换至工频电网供电后，水泵恒速运行，同时启动另一个电动机，使第二台水泵投入变频器并变速运行，系统恢复对水的闭环调节，直到水压达到设定值为止。如果用水量继续增加，变频器输出频率达到上限频率时，压力仍未达到设定值时，此时系统就会发出水压超限报警。当用水量下降水压升高，变频器的输出频率下降至下限频率，用户管网的实际压力还未达到设定压力值，并且满足减少水泵的条件时，系统将上次转换成工频运行的水泵关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值。当用水量继续下降，并且满足减少水泵的条件时，将继续发生如上转换，直至剩下一台变频泵运行为止。自抗扰控制器利用非线性跟踪微分器为参数输入安排过渡过程，得到光滑的输入信号，并提取其微分信号。扩张状态观测器是自抗扰控制器的核心，采用双通道补偿的方法改造对象模型，将非线性、不确定的系统近似线性化和确定性化。利用扩张状态观测器对对象进行估计，不仅能得到各个状态变量的估计，而且能得到对象方程右端估计，即扰动估计。考虑到无线传输的优点及监控中心距水源井的距离，设计中采用无线方式进行通讯。现在无线通讯方式主要有拓频电台、数传电台等专用无线数据传输系统以及CDPD、GSM、CDMA等公用网信息平台。从现场特点以及经济型等方面综合考虑，本系统采用3G网络作为无线通讯方式。本专利技术采用基于时用水量预测的分时变压供水方式；应用时间序列分析的预测方法对时用水量进行预测，利用对某小区历史时用水量进行仿真预测分析，通过误差分析可知这种预测方法满足供水系统的工程需要，然后依据预测值和管网特性设定出水口供水压力，并分析理论节能效果。为了保证供水系统的稳定快速调节，本文应用自抗扰控制算法比较，通过观察响应曲线,其辨识精度更高,整定效果更好。需要强调的是，本专利技术所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本专利技术并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本专利技术的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，其特征在于：由传感器、自抗扰控制器、变频器、电动机、水泵、报警装置、通讯网络和监控中心构成，所述通讯网络采用3G通讯网络，所述传感器连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接变频器，所述变频器连接电动机，所述电动机连接水泵，所述报警装置连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接3G通讯网络，所述3G通讯网络连接监控中心。

【技术特征摘要】
1.一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，其特征在于：由传感器、自抗扰控制器、变频器、电动机、水泵、报警装置、通讯网络和监控中心构成，所述通讯网络采用3G通讯网络，所述传感器连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接变频器，所述变频器连接电动机，所述电动机连接水泵，所述报警装置连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接3G通讯网络，所述3G通讯网络连接监控中心。
2.根据权利要求1所述的基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛振刚，
申请(专利权)人：天津银箭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12