一种城市水务系统平稳供水运行控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种城市水务系统平稳供水运行控制方法。本发明专利技术具实现步骤如下：步骤1、建立城市水务供水网络的状态空间模型；步骤2、设计常数矩阵表示方法；步骤3、设计控制器增益矩阵解决系统控制输入受约束问题；步骤4、设计模型预测控制的最优性能指标；步骤5、设计城市水务供水管网储水罐中水容积变化的状态反馈控制律。本发明专利技术通过数据采集、模型建立、约束控制、性能优化、控制器设计等手段，确立了一种城市水务供水网络正系统模型预测控制器设计方法，利用该方法可以有效控制供水网络水罐水容量不稳定性难题，保证安全运行前提下具有良好的性能指标。

A stable water supply operation control method for urban water system

The invention discloses a stable water supply operation control method for urban water affairs system. The invention has the following steps: step 1, establishing the state space model of the urban water supply network; step 2, expressing the design constant matrix; step 3, designing the controller gain matrix to solve the system control input constrained problem; step 4, designing the optimal performance index of the model predictive control; step 5, designing the city State feedback control law of water volume change in water storage tank of water supply network. By means of data acquisition, model establishment, constraint control, performance optimization and controller design, the present invention establishes a design method of model predictive controller for the normal system model of urban water supply network, which can effectively control the problem of instability of water tank capacity in water supply network and ensure safe operation. It has good performance index.

【技术实现步骤摘要】
一种城市水务系统平稳供水运行控制方法
：本专利技术属于自动化领域，涉及自动化技术中的模型预测控制(MPC)、约束控制、最优控制、状态反馈控制等方法，是基于以上几种方法，从而达到对城市水务系统平稳供水的有效控制，可用于城市水务管网的给水系统。
技术介绍
：水是居民生活不可缺少的物质条件。进入21世纪，随着城市化进程的不断加快，资源的过度消耗，环境污染，生态破坏，城市建设过程中开始出现水资源短缺、供水困难等现象。可见，水资源的合理分配、保护水资源对城市发展至关重要，也逐渐成为城市发展密不可分的组成部分。现代城市的供水系统是城市总体规划的重要组成部分。城市的给水系统通常由水源、输水管道、水厂和配水管网组成。即从水源取水后，经输水管道送入水厂进行水质处理，后经加压通过配送管网送至用户。但在中国的很多城市，居民的正常生活仍受到淡水资源短缺的威胁。对于缺水的中国北方城市来说，如北京，每天要消耗190多万m3的自来水，夏季用水高峰，这个数字会迅速增加到300万。供水系统要24小时满负荷运转，如果不采取合理的供水方案，缺水、停水现象会经常发生。因此既要保证用水的安全可靠，又要做到供水技术可行、经济合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市水务系统平稳供水运行控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、建立城市水务供水网络的状态空间模型；步骤2、设计常数矩阵表示方法；步骤3、设计控制器增益矩阵解决系统控制输入受约束问题；步骤4、设计模型预测控制的最优性能指标；步骤5、设计城市水务供水管网储水罐中水容积变化的状态反馈控制律。

【技术特征摘要】
1.一种城市水务系统平稳供水运行控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1、建立城市水务供水网络的状态空间模型；步骤2、设计常数矩阵表示方法；步骤3、设计控制器增益矩阵解决系统控制输入受约束问题；步骤4、设计模型预测控制的最优性能指标；步骤5、设计城市水务供水管网储水罐中水容积变化的状态反馈控制律。2.根据权利要求1所述的一种城市水务系统平稳供水运行控制方法，其特征在于步骤1具体方法是：首先采集城市水务供水系统中供水罐的容积变化数据，利用这些数据建立城市水务供水网络的状态空间模型，形式如下：x(k+1)＝Ax(k)+Bu(k),其中，x(k)＝[x1(k),x2(k),...,xn(k)]T表示k时刻供水水罐中水的容积，n表示水罐的个数，u(k)∈Rm为k时刻水罐上或水管上水阀的开度，m表示水阀的个数，Rm为m维实数列向量；A,B是传感器采集到的数据而组成的加权常数矩阵；考虑系统实际的正性，即x(k),u(k)始终是非负的，这里假设供水系统是一种正系统模型，满足是针对A,B矩阵中的每个元素，即A,B矩阵内所有元素都非负。3.根据权利要求2所述的一种城市水务系统平稳供水运行控制方法，其特征在于步骤2设计常数矩阵表示方法，具体方法是：设传感器在罐中、阀门处能够采集到一组值，设计的A,B→[A(k)|B(k)]是一种时变形式并具有下列多胞体型结构：其中，A(k),B(k)表示k时刻加权常数矩阵，L为正整数表示传感器采集的顶点矩阵的个数,p＝1,2,...,L,[Ap|Bp]代表矩阵A,B的第p个顶点矩阵，λp(k)表示k时刻一组给定常量值，可根据实际加权情况给出。4.根据权利要求3所述的一种城市水务系统平稳供水运行控制方法，其特征在于步骤3具体如下：||FT1r||1≤δ,其中，表示标准1范数，即向量元素绝对值和，F∈Rr×n是所要设计的控制器增益矩阵，T表示矩阵转置，δ≥0是一个给定的常量，其值可根据实际水阀规格合理确定。5.根据权利要求4所述的一种城市水务系统平稳供水运行控制方法，其特征在于步骤4设计模型预测控制的最优性能指标，具体步骤是：这里性能指标函数满足：其中x(k+i|k),u(k+i|k)分别表示在k时刻对未来k+i时刻的水罐水容积预测与水阀开度预测，A(k+i),B(k+i)分别表示k+i时刻加权常数矩阵A,B的预测，i＝1,2,...,N,...,∞,N为正整数表示预测步数；Rn表示n维实数列向量，ρ∈Rr,Rr表示r维实数列向量；是针对向量的每个元素，即向量列中每个元素都大于或小于零。6.根据权利要求5所述的一种城市水务系统平稳供水运行控制方法，其特征在于步骤5、设计城市水务供水管网储水罐中水容积变化的状态反馈控制律，具体步骤是：5.1设计u(k+i|k)＝Fx(k+i|k),其相关定义表示在步骤3和步骤4，并使其满足步骤4的最优性能...

【专利技术属性】
技术研发人员：李士成，张俊锋，陈云，杨浩月，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33