供水泵站最佳控制策略

文章摘要： 1．供水系统特性。针对特定对象，用户用水最突出的特点是随机性，哪个用户用水、用多少水、什么时候用水等，都具有很大的不确定性。从宏观角度考虑，供水系统特性主要表现在以下几个方面： （1）系统参数的未知性、时变性、随机性和分散性； （2）系统滞后的未知性和时变性； （3）系统严重的非线性； （4）系统各变量间的关联性； （5）环境干扰的未知性、多样性和随机性。 2．控制中存在的问题。上述特性，属于不确定性的复杂对象(或过程)的控制问题，传统控制已经无能为力，主要

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    1．供水系统特性。针对特定对象，用户用水最突出的特点是随机性，哪个用户用水、用多少水、什么时候用水等，都具有很大的不确定性。从宏观角度考虑，供水系统特性主要表现在以下几个方面： 
    
    （1）系统参数的未知性、时变性、随机性和分散性； 
    
    （2）系统滞后的未知性和时变性； 
    
    （3）系统严重的非线性； 
    
    （4）系统各变量间的关联性； 
    
    （5）环境干扰的未知性、多样性和随机性。 
    
    2．控制中存在的问题。上述特性，属于不确定性的复杂对象(或过程)的控制问题，传统控制已经无能为力，主要表现在： 
    
    （1）不确定性问题。供水系统中的很多控制问题具有不确定性，用传统方法难以建模，因而也无法实现有效的控制。 
    
    （2）高度非线性。在供水系统中有大量的非线性问题存在，传统控制理论中，非线性理论远不如线性理论成熟，因方法过分复杂而难以应用。 
    
    （3）半结构化与非结构化问题。传统控制理论无法解决供水系统中的半结构化与非结构化问题。 
    
    （4）供水系统复杂性问题。复杂系统中各子系统间关系错综复杂，各要素间高度耦合，互相制约，外部环境又极其复杂，传统控制缺乏有效的解决方法。
 
    （5）可靠性问题。常规的基于数学模型的控制问题倾向于是一个相互依赖的整体，对简单系统的控制的可靠性问题并不突出。而对供水系统，如果采用上述方法，则(下转第18页）（上接第16页）可能由于条件的改变使整个控制系统崩溃。 
    
    由此可见，用传统的方法不能对这类系统进行有效的控制，必须探索更有效的控制方法。 
    
    3．控制要求。无论采用什么样的控制手段，都要满足用户用水需求(即维持一定的水压)、保护环境不受噪声污染，此外还要考虑节能。因此，控制要求可以确定为在满足用户对供水要求的前提下，尽可能减少环境污染和节约能源。 
    
    四、控制策略的选取 
    
    控制策略选取与被控对象特性是紧密相关的，错误或不当的控制策略往往会导致控制效果极差，甚至导致系统失控。 
    
    目前，在现代的供水泵站中为了节能都普遍采用了变频器，为提高控制品质创造了良好条件。
    
    变频器里一般都有PID控制模块，但对不确定性的供水复杂系统，用PID算法并不恰当。 
    
    人工神经网络，因方法的局限性，同样也难于对所讨论的对象实现有效的控制。 
    
    专家控制系统(ECS)，由于特征信息的采集、特征信息的表达以及完备知识库的建立实现难度大，采用专家控制系统也不一定是―个好的选择。 
    
    以模糊控制理论为基础的模糊控制器(FC)能够实现对复杂工业过程的控制。其控制品质和效果还是令人满意的，是一种可供选择的策略。 
    
    仿人智能控制，专家分别采用HISC与FC控制策略对不确定性复杂对象(或过程)作过仿真研究，虽然两者都是基于误差和误差变化率等来计算控制量，但因系统复杂、不确定性因素多、关联性特强(强耦合)的特点，经现场试验比较，HISC与FC都能实施有效控制，但控制品质与鲁棒性前者更好，因此采用HSIC完成对不确定性供水系统的控制，是―种较理智的选择。 
    
    五、结语 
    
    智能控制已广泛应用于工业、农业、军事等多个领域，已经解决了大量的传统控制无法解决的实际控制应用问题，呈现出强大的生命力和发展前景，随着基础理论研究和实际应用的扩展，智能控制将会实现控制领域的一个大的飞跃。

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