自适应铜离子电解水处理控制系统

　　申请日2018.03.07

　　公开(公告)日2018.08.10

　　IPC分类号G05B13/04

　　摘要

　　本发明提供了一种自适应铜离子电解水处理控制系统，包括：控制器、电解电路、浓度观测仪;所述控制器，用于根据预设的铜离子浓度值和当前时刻的铜离子浓度值确定电解电路的输入电压;所述电解电路，用于根据所述输入电压输出相应的电解电流，所述电解电流用于控制铜离子的电解速率，以使铜离子浓度值保持在预设的浓度范围内;所述浓度观测仪，用于通过物理检测或算法实时观测当前时刻的铜离子浓度值，并将所述当前时刻的铜离子浓度值发送至所述控制器。本发明可以自主调整铜离子浓度的预设值，并实现对铜离子浓度的自适应、连续、精确控制，能耗低，操作方便。

　　权利要求书

　　1.一种自适应铜离子电解水处理控制系统，其特征在于，包括：控制器、电解电路、浓度观测仪;其中：

　　所述控制器，用于根据预设的铜离子浓度值和当前时刻的铜离子浓度值确定电解电路的输入电压;

　　所述电解电路，用于根据所述输入电压输出相应的电解电流，所述电解电流用于控制铜离子的电解速率，以使铜离子浓度值在预设的浓度范围内;

　　所述浓度观测仪，用于通过算法实时观测当前时刻的铜离子浓度值，并将所述当前时刻的铜离子浓度值发送至所述控制器。

　　2.根据权利要求1所述的自适应铜离子电解水处理控制系统，其特征在于，所述控制器采用基于特征模型的自适应控制算法，具体的计算公式如下：

　　式中：表示第k+1时刻的铜离子浓度观测值;y(k)、y(k-1)分别表示第k、k-1时刻的铜离子浓度值;u(k)表示第k时刻电解电路的电压值;f1(k)、f2(k)、g0(k)分别表示在线辨识的参数，其中，k的值取无穷大时，满足如下公式：

　　f1(∞)+f2(∞)+g0(∞)=1。

　　3.根据权利要求2所述的自适应铜离子电解水处理控制系统，其特征在于，所述控制器包括：黄金分割自适应控制器和逻辑积分控制器;

　　所述黄金分割自适应控制器的控制算法如下：

　　式中：uL(k)表示k时刻黄金分割自适应控制器输出的电解电压值，λ表示系统常数，表示铜离子浓度的观测值，e(k)、e(k-1)表示第k时刻、第k-1时刻铜离子浓度观测值和实际值之间的误差;

　　所述逻辑积分控制器的控制算法如下：

　　uI(k)=uI(k-1)+kIe(k)

　　式中：uI(k)、uI(k-1)分别表示第k时刻、第k-1时刻逻辑积分控制器的输出电解电压值，kI表示积分常数。

　　4.根据权利要求1所述的自适应铜离子电解水处理控制系统，其特征在于，所述电解电路包括：模数AD转换器和数模DA转换器，所述模数AD转换器用于将4-20mA的直流电流值转换为数字量信号;所述数模DA转换器用于将控制器计算出的控制电压值转换为模拟量。

　　5.根据权利要求1-4中任一项所述的自适应铜离子电解水处理控制系统，其特征在于，还包括上位机;所述上位机具有人机交互界面，所述人机交互界面上设置有多个操作窗口，所述操作窗口包括：铜离子浓度设置窗口、工作模式选择窗口、当前时刻的铜离子浓度观测值显示窗口;其中，所述工作模式选择窗口中包括：手动工作模式选项和自动工作模式选项;所述手动工作模式是指：人为输入预设的铜离子浓度值;所述自动工作模式是指：系统根据所述控制器自动调节电解电压，以此调节铜离子浓度值在设定值。

　　6.根据权利要求5所述的自适应铜离子电解水处理控制系统，其特征在于，还包括通讯模块，所述通讯模块用于保持所述上位机与所述控制器之间的数据传输。

　　7.根据权利要求1-4中任一项所述的自适应铜离子电解水处理控制系统，其特征在于，还包括警报器，所述警报器用于在控制器发生故障时，发出警报。

　　说明书

　　自适应铜离子电解水处理控制系统

　　技术领域

　　本发明涉及污水处理技术领域，具体地，涉及自适应铜离子电解水处理控制系统。

　　背景技术

　　随着现代社会工业经济的快速发展，人们也面临着日益严重的水污染问题。水质关系着人类生命的延续，社会的可持续性发展，因此需要研发更加先进的技术来不断提升污水处理能力。目前，工业中常用简单的开环方式进行铜离子电解水处理，但是这种方式不能有效的实现铜离子浓度的精确、连续控制，从而造成了一定程度的能源浪费;但实时测量水中铜离子的浓度又很难实现。即使极少数实现测量的系统，也是采用比例积分微分(Proportion Integration Differentiation，PID)控制器进行控制，其优点在于原理简单，实现容易。但是，PID控制器的过渡过程较长，当环境发生变化时，不能自主调节参数，从而造成被控制量的振荡，控制精度不高。

　　发明内容

　　针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自适应铜离子电解水处理控制系统。

　　根据本发明提供的自适应铜离子电解水处理控制系统，包括：控制器、电解电路、浓度观测仪;所述控制器，用于根据预设的铜离子浓度值和当前时刻的铜离子浓度值确定电解电路的输入电压;所述电解电路，用于根据所述输入电压输出相应的电解电流，所述电解电流用于控制铜离子的电解速率，以使铜离子浓度值保持在预设的浓度范围内;所述浓度观测器，用于通过算法实时观测当前时刻的铜离子浓度值，并将所述当前时刻的铜离子浓度值发送至所述控制器。本发明可以调整铜离子浓度的预设值，并实现对铜离子浓度的自适应、连续、精确控制，能耗低，操作方便。

　　可选地，所述控制器采用基于特征模型的自适应控制算法，具体的计算公式如下：

式中：

表示第k+1时刻的铜离子浓度观测值;y(k)、y(k-1)分别表示第k、k-1时刻的铜离子浓度值;u(k)表示第k时刻电解电路的电压值;f1(k)、f2(k)、g0(k)分别表示在线辨识的参数，其中，k的值取无穷大时，满足如下公式：

　　f1(∞)+f2(∞)+g0(∞)=1。

　　可选地，所述控制器包括：黄金分割自适应控制器和逻辑积分控制器;

　　所述黄金分割自适应控制器的控制算法如下：

式中：uL(k)表示k时刻黄金分割自适应控制器输出的电解电压值，λ表示系统常数，

表示铜离子浓度的观测值，e(k)、e(k-1)表示第k时刻、第k-1时刻铜离子浓度观测值和实际值之间的误差;

　　所述逻辑积分控制器的控制算法如下：

　　uI(k)=uI(k-1)+kIe(k)

　　式中：uI(k)、uI(k-1)分别表示第k时刻、第k-1时刻逻辑积分控制器的输出电解电压值，kI表示积分常数。

　　可选地，所述电解电路包括：模数AD转换器和数模DA转换器，所述模数AD转换器用于将4-20mA的直流电流值转换为数字量信号;所述数模DA转换器用于将控制器计算出的控制电压值转换为模拟量。

　　可选地，还包括上位机;所述上位机具有人机交互界面，所述人机交互界面上设置有多个操作窗口，所述操作窗口包括：铜离子浓度设置窗口、工作模式选择窗口、当前时刻的铜离子浓度观测值显示窗口;其中，所述工作模式选择窗口中包括：手动工作模式选项和自动工作模式选项;所述手动工作模式是指：人为输入预设的铜离子浓度值;所述自动工作模式是指：系统根据所述控制器自动调节电解电压，以此调节铜离子浓度值在设定值。

　　可选地，还包括通讯模块，所述通讯模块用于保持所述上位机与所述控制器之间的数据传输。

　　可选地，还包括警报器，所述警报器用于在控制器发生故障时，发出警报。

　　与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

　　本发明提供的自适应铜离子电解水处理控制系统，可以自主调整铜离子浓度的预设值，并实现对铜离子浓度的在线、连续、精确控制，能耗低，操作方便。