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专利号: 2019108212896
申请人: 湖南工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于比例微分(PID)-最小二乘支持向量学习机(LSSVM)稳态估计的污水处理溶解氧DO控制方法,其主要特征在于该污水处理DO控制系统采用LSSVM来给出传统PID控制器的稳态控制值,再与PID叠加形成控制输出,控制曝气量,在误差小时采用积分改善控制精度,控制过程分为两阶段,阶段实现如下:阶段1:先采用传统的PID控制器进行污水处理DO控制,采集在不同状态时污水处理DO控制状态数据xi=(O*,OI,E,U),包括出水DO给定当前值O*,入水DO当前值OI,出水DO给定与出水DO当前值Oo的误差E,当前控制输出U以及各状态对应的PID控制器的稳态输出值yi,用LSSVM来拟合出各状态x与该状态下的PID控制器稳态输出值y的关系:式中αi∈R是Lagrange乘子,偏置b∈R,N为样本个数,K(x,xi)为满足Mercer条件的核函数,可采用多种核函数如:径向基(RBF)核函数:K(x,xi)=exp(-|x-xi|2/σ2)。其中σ为径向基宽度多项式核函数:K(x,xi)=(xTxi+1)u(u∈N),u为指数Sigmoid函数:K(x,xi)=tanh(a(xTxi)+c)(a,c∈R),a,c为参数将采集的数据中的70%作为训练样本,剩余30%作为测试样本,将系统各初始状态xi作为LSSVM的输入,各初始状态所对应的PID控制器稳态输出值yi作为LSSVM的输出,通过求解,可以得到以各初始状态作为输入,以PID控制器稳态值为输出的LSSVM模型,具体步骤如下:Step1采集用PID控制实际运行数据xi和yi,将xi和yi进行归一化处理;

Step2采用LSSVM算法进行训练,通过网格优化法对不同模型参数(惩罚系数C、核函数参数)对LSSVM进行学习和交叉验证测试,得到最佳LSSVM模型;

阶段2:将训练好的LSSVM用于污水处理DO控制,实时采集过程状态数据x,归一化后带入LSSVM模型(3)式得到稳态输出估计值,根据误差E的大小选择不同的控制器,当E>ε时采用PD控制,当E≤ε时采用PID控制,ε为预先确定的正数,最后叠加稳态估计值形成控制输出:U=UPID+UW                                        (4)其中P为比例系数,TI为积分系数,Td为微分系数,与阶段1相同,ΔE为当前误差与前次误差差值,U为输出控制值,Umax和Umin分别为输出的最大和最小限幅值。