混凝投药系统双层模型预测控制策略研究

"混凝投药系统的双层结构模型预测控制策略 (2013年)" 本文主要探讨了混凝投药系统中的控制策略问题。混凝投药是水处理过程中的关键步骤，其目标是通过添加化学试剂（如铝盐或铁盐）使水中的悬浮颗粒凝聚成较大的絮体，便于后续沉淀或过滤，从而提高水质。然而，这个过程具有大惯性、大时滞、非线性、时变以及随机干扰等复杂特性，使得精确控制混凝投药量成为一项挑战。 为了应对这些挑战，作者提出了一种创新的双层结构模型预测控制策略。模型预测控制（MPC）是一种先进的控制策略，它基于对未来一段时间内系统行为的预测，通过优化控制输入来最小化某个性能指标。在本研究中，MPC被分为两个层次：稳态目标计算和动态优化控制。 在第一层次，稳态目标计算用于确定理想的混凝投药量，以达到期望的水质参数。这一层主要是基于系统的静态特性，考虑了系统的经济性能，即如何在满足处理效果的同时，尽可能降低药剂成本。 第二层次的动态优化控制则负责实时调整投药量，以应对系统的时变性和随机干扰。这一层的控制策略基于动态模型，能够迅速响应系统状态的变化，确保系统的稳定运行，并减少由于外部因素引起的波动。 通过设计目标函数，可以将经济性能和控制效果结合起来，实现卡边控制，即在满足工艺要求的前提下，尽量减少药剂的使用，从而降低成本。由于这种方法对被控对象的信息需求较少，而且算法相对简单，因此具有较好的实用性。 理论分析和仿真研究表明，这种双层结构的模型预测控制策略能够有效地降低混凝投药系统的运行成本，提升经济效益。通过优化控制，可以更好地适应系统变化，减少药剂浪费，同时保证处理效率，对于环保和经济性都具有显著优势。 关键词：混凝投药；稳态目标；动态优化；目标函数 中图分类号：TP273（自动控制技术） 文献标志码：A 文章编号：1006-4303(2013)04-0436-04 这项研究为混凝投药系统的自动化控制提供了新的思路，对于水处理行业的节能减排和效率提升具有重要意义。通过引入模型预测控制，可以克服传统控制方法在面对复杂动态系统时的局限性，实现更智能、更经济的运行模式。