一种基于多任务约束的污水处理过程优化控制方法技术

一种基于多任务约束的污水处理过程优化控制方法，属于污水处理领域。为了实现污水处理过程中多任务约束并行优化控制，本发明专利技术构建污水处理过程多任务约束优化模型，描述具有出水水质约束的脱氮任务和除磷任务优化目标，设计基于自适应罚函数的污水处理过程多任务粒子群优化设定方法，求解污水处理过程溶解氧、硝态氮、甲醇流量和聚合氯化铝流量优化设定值并设计多任务控制器完成优化设定值的跟踪控制，从而促进污水处理过程生物脱氮任务和生物除磷任务的并行约束优化。除磷任务的并行约束优化。除磷任务的并行约束优化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多任务约束的污水处理过程优化控制方法


[0001]本专利技术在污水处理过程运行特性的分析基础上，设计一种基于多任务约束的污水处理过程优化控制方法，其中，建立多任务约束的污水处理过程优化目标模型，研究基于自适应罚函数的污水处理过程多任务约束优化设定方法，并设计控制器实现多任务优化设定值的跟踪控制，促进污水处理过程生物脱氮任务和生物除磷任务的并行优化。这种基于多任务约束的污水处理过程多任务优化控制方法，属于水处理领域。

技术介绍

[0002][0003]在城市污水处理过程中，脱氮和除磷过程是两个相互影响且相互制约的任务，这两个任务具有不同的优化运行需求、不同的运行约束条件和多种相互冲突的优化目标。因此，如何设计一种多任务约束优化控制策略实现脱氮任务和除磷任务的并行优化是实现污水处理过程优化运行的关键。建立污水处理过程多任务约束优化目标模型，对精确描述污水处理过程不同任务的优化目标和约束条件具有重要的意义；同时，如何在具有出水水质约束的脱氮任务和除磷任务之间迁移知识，促进多个任务并行优化，获得优化设定值是实现污水处理过程约束多任务优化运行的关键问题；因此，设计合理的约束多任务优化控制方法，实现脱氮任务和除磷任务并行优化，获取溶解氧、硝态氮、甲醇流量和聚合氯化铝流量优化设定值，并进行跟踪控制是污水处理过程的稳定高效运行的关键。
[0004]本专利技术设计了一种基于多任务约束的污水处理过程优化控制方法，主要建立了多任务约束的污水处理过程优化目标模型，设计了基于自适应罚函数的污水处理过程多任务约束优化设定方法，并设计了控制器实现多任务优化设定值的跟踪控制，促进污水处理过程生物脱氮任务和生物除磷任务的并行优化。

技术实现思路

[0005]本专利技术获得了一种基于多任务约束的污水处理过程优化控制方法，该方法建立了污水处理过程多任务约束优化模型，获得具有出水水质约束的脱氮任务和除磷任务优化目标函数，设计基于自适应罚函数的污水处理过程多任务约束优化设定方法求解污水处理过程优化设定值，并设计控制器对优化设定值进行跟踪控制，从而实现污水处理过程多任务约束优化控制。
[0006]本专利技术采用了如下的技术方案及实现步骤：
[0007]1.一种基于多任务约束的污水处理过程优化控制方法，其特征在于，建立多任务约束的污水处理过程优化目标模型，研究基于自适应罚函数的污水处理过程多任务约束优化设定方法，并设计控制器实现多任务优化设定值的跟踪控制，促进污水处理过程生物脱氮任务和生物除磷任务的并行优化，包括以下步骤：
[0008](1)建立多任务约束的污水处理过程优化目标模型
[0009]污水处理过程的多任务约束优化目标模型通过自适应核函数来描述生物脱氮任
务和生物除磷任务的优化目标；生物脱氮任务的约束优化目标模型为
[0010][0011]其中，f1(x
N
(t))是t时刻污水处理过程生物脱氮任务的约束优化目标能耗模型， x
N
(t)＝[S
O
(t)，S
NO
(t)，M
F
(t)，S
NH
(t)]是t时刻脱氮任务优化模型的输入变量，Ω
N
是脱氮任务优化目标模型的决策空间，S
O
(t)是t时刻的好氧末端溶解氧浓度且取值范围为[0.4，3]，单位毫克/升，S
NO
(t)是t时刻的厌氧末端硝态氮浓度且取值范围为[0.3，2]，单位毫克/升，M
F
(t)是t时刻的甲醇流量且取值范围为[60，400]，单位升/小时，S
NH
(t)是t时刻的出水氨氮浓度且取值范围为[0，2.5]，单位毫克/升， a1(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型的输出偏移且取值范围为[
‑
2，2]， W
1,a
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的权值且取值范围为[
‑
3，3]，c
1,a
(t)＝[c
1,a,1
(t)，c
1,a,2
(t)，c
1,a,3
(t)，c
1,a,4
(t)]T
是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的中心向量，c
1,a,1
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的第一维中心且其取值范围为[
‑
1，1]， c
1,a,2
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的第二维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
1,a,3
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的第三维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
1,a,4
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的第四维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，T 是向量或矩阵的转置，σ
1,a
(t)是t时刻脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的宽度且取值范围为[0，2]；f
N
(x
N
(t))是t时刻污水处理过程脱氮任务的约束条件出水总氮
[0012][0013]其中，a2(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型的输出偏移且取值范围为[
‑
2，2]，W
2,a
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的权值且取值范围为[
‑
3，3]，c
2,a
(t)＝[c
2,a,1
(t)，c
2,a,2
(t)，c
2,a,3
(t)，c
2,a,4
(t)]T
是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的中心向量， c
2,a,1
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的第一维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
2,a,2
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的第二维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
2,a,3
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的第三维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
2,a,4
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的第四维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，σ
2,a
(t)是t时刻脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的宽度且取值范围为[0，2]；
[0014]污水处理过程脱氮任务约束优化模型参数更新：
[0015][0016]其中，A(t)＝[a1(t)，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多任务约束的污水处理过程优化控制方法，其特征在于，建立多任务约束的污水处理过程优化目标模型，研究基于自适应罚函数的污水处理过程多任务约束优化设定方法，并设计控制器实现多任务优化设定值的跟踪控制，促进污水处理过程生物脱氮任务和生物除磷任务的并行优化，包括以下步骤：(1)建立多任务约束的污水处理过程优化目标模型污水处理过程的多任务约束优化目标模型通过自适应核函数来描述生物脱氮任务和生物除磷任务的优化目标；生物脱氮任务的约束优化目标模型为其中，f1(x
N
(t))是t时刻污水处理过程生物脱氮任务的约束优化目标能耗模型，x
N
(t)＝[S
O
(t)，S
NO
(t)，M
F
(t)，S
NH
(t)]是t时刻脱氮任务优化模型的输入变量，Ω
N
是脱氮任务优化目标模型的决策空间，S
O
(t)是t时刻的好氧末端溶解氧浓度且取值范围为[0.4，3]，单位毫克/升，S
NO
(t)是t时刻的厌氧末端硝态氮浓度且取值范围为[0.3，2]，单位毫克/升，M
F
(t)是t时刻的甲醇流量且取值范围为[60，400]，单位升/小时，S
NH
(t)是t时刻的出水氨氮浓度且取值范围为[0，2.5]，单位毫克/升，a1(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型的输出偏移且取值范围为[
‑
2，2]，W
1,a
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的权值且取值范围为[
‑
3，3]，c
1,a
(t)＝[c
1,a,1
(t)，c
1,a,2
(t)，c
1,a,3
(t)，c
1,a,4
(t)]
T
是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的中心向量，c
1,a,1
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的第一维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
1,a,2
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的第二维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
1,a,3
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的第三维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
1,a,4
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的第四维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，T是向量或矩阵的转置，σ
1,a
(t)是t时刻脱氮任务能耗模型第a个自适应核函数的宽度且取值范围为[0，2]；f
N
(x
N
(t))是t时刻污水处理过程脱氮任务的约束条件出水总氮其中，a2(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型的输出偏移且取值范围为[
‑
2，2]，W
2,a
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的权值且取值范围为[
‑
3，3]，c
2,a
(t)＝[c
2,a,1
(t)，c2,a,2(t)，c2,a,3(t)，c2,a,4(t)]
T
是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的中心向量，c2,a,1(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的第一维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
2,a,2
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的第二维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
2,a,3
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的第三维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
2,a,4
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务出水总氮模型第a个自适应核函数的第四维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，σ
2,a
(t)是t时刻脱氮任
务出水总氮模型第a个自适应核函数的宽度且取值范围为[0，2]；污水处理过程脱氮任务约束优化模型参数更新：其中，A(t)＝[a1(t)，a2(t)，W
1,a
(t)，W
2,a
(t)，c
1,a,1
(t)，c
1,a,2
(t)，c1,a,3(t)，c
1,a,4
(t)，c
2,a,1
(t)，c
2,a,2
(t)，c
2,a,3
(t)，c
2,a,4
(t)，σ
1,a
(t)，σ
2,a
(t)]是t时刻污水处理过程脱氮任务约束优化模型的参数；α1是污水处理过程脱氮任务约束优化模型参数的学习率且取值范围为[0，1]；e
1u
(t)＝y1(t)
‑
y
1u
(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务约束优化模型的预测误差，y1(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务约束优化模型的输出，y
1u
(t)＝[EC
N
(t)，TN(t)]是t时刻污水处理过程脱氮任务的实际输出值，EC(t)是t时刻污水处理过程脱氮任务的实际能耗值，TN(t)是t时刻污水处理过程的实际出水总氮值；生物除磷任务的约束优化目标模型为其中，f2(x
P
(t))是t时刻污水处理过程生物除磷任务的约束优化目标能耗模型，x
P
(t)＝[S
O
(t)，S
NO
(t)，M
P
(t)，MLSS(t)]是t时刻除磷任务优化模型的输入变量，Ω
P
是除磷任务优化目标模型的决策空间，M
P
(t)是t时刻的聚合氯化铝流量且取值范围为[0，108]，单位升/小时，MLSS(t)是t时刻的出水混合悬浮物浓度且取值范围为[0，100]，单位毫克/升，b1(t)是t时刻污水处理过程除磷任务能耗模型的输出偏移且取值范围为[
‑
2，2]，W
1,b
(t)是t时刻污水处理过程除磷任务能耗模型第b个自适应核函数的权值且取值范围为[
‑
3，3]，c1,b(t)＝[c1,b,1(t)，c1,b,2(t)，c1,b,3(t)，c
1,b,4
(t)]
T
是t时刻污水处理过程除磷任务能耗模型第b个自适应核函数的中心向量，c
1,b,1
(t)是t时刻污水处理过程除磷任务能耗模型第b个自适应核函数的第一维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c1,b,2(t)是t时刻污水处理过程除磷任务能耗模型第b个自适应核函数的第二维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
1,b,3
(t)是t时刻污水处理过程除磷任务能耗模型第b个自适应核函数的第三维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，c
1,b,4
(t)是t时刻污水处理过程除磷任务能耗模型第b个自适应核函数的第四维中心且其取值范围为[
‑
1，1]，σ
1,b
(t)是t时刻除磷任务能耗模型第b个自适应核函数的宽度且取值范围为[0，2]；f
TP
(x
P
(t))是t时刻污水处理过程除磷任务的约束条件出水总磷其中，b2(t)是t时刻污水处理过程除磷任务出水总磷模型的输出偏移且取值范围为[
‑
2，2]，W
2,b
(t)是t时刻污水处理过程除磷任务出水总磷模型第b个自适应核函数的权值且取值范围为[
‑
3，3]，c
2,b
(t)＝[c
2,b,1
(t)，c
2,b,2
(t)，c
2,b,3
(t)，c
2,b,4
(t)]
T
是t时刻污水处理过程除磷任务出水总磷模型第b个自适应核函数的中心向量，c
1,b,1
(t)是t时刻污水处理过程除磷任务出水总磷模型第b个自适应核函数的第一维中心且其...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩红桂，白星，侯莹，乔俊飞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：