CN108388122A - 自适应铜离子电解水处理控制系统 - Google Patents
自适应铜离子电解水处理控制系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108388122A CN108388122A CN201810186802.4A CN201810186802A CN108388122A CN 108388122 A CN108388122 A CN 108388122A CN 201810186802 A CN201810186802 A CN 201810186802A CN 108388122 A CN108388122 A CN 108388122A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- copper ion
- ion concentration
- controller
- value
- adaptive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 96
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 94
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title claims abstract description 38
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 6
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 238000003911 water pollution Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
- G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
- G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
- G05B13/048—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators using a predictor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Artificial Intelligence (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Software Systems (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Abstract
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。
Description
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。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的自适应铜离子电解水处理控制系统的主体框图；
图2为本发明中控制器的控制算法示意图；
图3为本发明实施例提供的自适应铜离子电解水处理控制系统的硬件结构示意图；
图4为应用本发明提供的自适应铜离子电解水处理控制系统的程序框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明实施例提供的自适应铜离子电解水处理控制系统的主体框图，如图1所示，本实施例中的系统包括：控制器10、电解电路20、浓度观测仪30；其中：控制器10，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；电解电路20，用于根据输入电压输出相应的电解电流，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；浓度观测仪30，用于实时计算当前时刻的铜离子浓度值，并将当前时刻的铜离子浓度值发送至控制器。
本实施例中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连续、精确控制，能耗低，操作方便。
可选地，控制器10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。在稳定状态下系数之和等于1，即
f1(∞)+f2(∞)+g0(∞)＝1
图2为本发明中控制器的控制算法示意图，如图所示，控制器包括：黄金分割自适应控制器和逻辑积分控制器；
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；
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计算出的输出电解电压值，kI表示积分常数。
本实施例中，控制器采用黄金分割自适应控制器和逻辑积分控制器，黄金自适应控制器、逻辑积分控制器分别依据黄金自适应控制律、逻辑积分控制律对铜离子浓度设定值与铜离子浓度测量值的差值进行计算，分别得到控制分量，然后微控制器将各控制分量相加，得到最终的控制量。
可选地，在图1所示的系统的基础上，电解电路20包括：模数AD转换器和数模DA转换器。模数AD转换器用于将输入的4-20mA的直流电流转换为数字量信号；数模DA转换器用于将数字量转换为0-5V的控制电压，并线性输出0-2A的电解电流。
具体的，如图3所示，图3为本发明实施例提供的自适应铜离子电解水处理控制系统的硬件结构示意图，电解电路包括模数转换电路、OP07运算放大器电路、IFR520开关电路构成的电解驱动电路。进一步地，还包括上位机和通讯模块；通讯模块用于保持上位机与控制器之间的数据传输。上位机具有人机交互界面，人机交互界面上设置有多个操作窗口，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值显示窗口；其中：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；手动工作模式是指：人为输入预设的铜离子浓度值；自动工作模式是指：通过算法自动调节控制铜离子浓度值。
可选地，还包括警报器，警报器用于在控制器发生故障时，发出警报。
本实施例中的系统控制精度高、可以远程监控、高效节能。本发明既可根据所检测到的铜离子浓度数据进行控制；也可以在未检测到数据时，通过特征模型的方法预测当前铜离子浓度值，进而利用黄金分割自适应控制器，实现铜离子浓度的精确控制。
图4为应用本发明提供的自适应铜离子电解水处理控制系统的程序框图，具体的，采用彩色液晶屏作为显示单元同时上位机进行同步监控，二者同步显示设定铜离子浓度值、当前铜离子浓度值、电解铜离子装置的工作状态。铜离子浓度设定上下限可以通过触摸屏上的调节按钮或上位机来进行设定，铜离子浓度的检测值或观测值可以显示到触摸屏和上位机，铜离子浓度观测仪将采集到的铜离子浓度值转化成数字信号传送给ARM微控制器处理，与铜离子浓度设定值(输入控制量)相比较；经ARM微处理器进行计算后得到控制量；将控制量经过D/A转换成DC 0～5V的模拟量，该模拟量控制铜离子电解电路产生相应的0～2A的电解电流来驱动电解铜离子装置。当电解系统出现故障(漏电、执行器不动作、控制失控、铜离子浓度超限)时，报警电路的报警器会发出报警提示。
本实施例中的方法操作简便、控制精度高、节能效果好。
本发明提供的是一套由硬件、软件及控制算法共同实现铜离子水处理的系统。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (7)
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810186802.4A CN108388122A (zh) | 2018-03-07 | 2018-03-07 | 自适应铜离子电解水处理控制系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810186802.4A CN108388122A (zh) | 2018-03-07 | 2018-03-07 | 自适应铜离子电解水处理控制系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108388122A true CN108388122A (zh) | 2018-08-10 |
Family
ID=63066875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810186802.4A Pending CN108388122A (zh) | 2018-03-07 | 2018-03-07 | 自适应铜离子电解水处理控制系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108388122A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113026021A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-06-25 | 宁波职业技术学院 | 一种基于pid的蚀刻液再生装置控制系统及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020019709A1 (en) * | 1994-07-12 | 2002-02-14 | Segal Noel B. | System for controlling operation of a sink |
| US20120152760A1 (en) * | 2009-06-24 | 2012-06-21 | Aquatech Water Purification Systems Pty Ltd | Water treatment method and system |
| CN106200721A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-12-07 | 上海应用技术学院 | 基于特征模型的自适应温度控制器 |
-
2018
- 2018-03-07 CN CN201810186802.4A patent/CN108388122A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20020019709A1 (en) * | 1994-07-12 | 2002-02-14 | Segal Noel B. | System for controlling operation of a sink |
| US20120152760A1 (en) * | 2009-06-24 | 2012-06-21 | Aquatech Water Purification Systems Pty Ltd | Water treatment method and system |
| CN106200721A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-12-07 | 上海应用技术学院 | 基于特征模型的自适应温度控制器 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 桑建: "嵌入式智能化工污水处理器设计", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113026021A (zh) * | 2021-02-02 | 2021-06-25 | 宁波职业技术学院 | 一种基于pid的蚀刻液再生装置控制系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN1131466C (zh) | 控制系统响应中超调的预测方法 | |
| CN1303006C (zh) | 基于多源信息融合技术的混凝过程智能监测与控制方法 | |
| CN109111030B (zh) | 一体化污水处理智能控制系统及控制方法 | |
| CN205374429U (zh) | 一种多参数传感器水质分析系统 | |
| CN105301960A (zh) | 一种自来水凝絮剂投加量的控制方法 | |
| CN208505953U (zh) | 气体浓度检测装置 | |
| CN108388122A (zh) | 自适应铜离子电解水处理控制系统 | |
| Gao et al. | Design of PID controller for greenhouse temperature based on Kalman | |
| CN104965462A (zh) | 一种传感检测系统 | |
| CN106124835B (zh) | 一种配电电源电压与预定电压比较的方法 | |
| Zhou et al. | Anode effect prediction of aluminum electrolysis using GRNN | |
| CN108486609B (zh) | 基于卡尔曼滤波的铝电解槽双阳极平衡控制系统及方法 | |
| CN204188203U (zh) | 水质在线测试仪表 | |
| Braga et al. | A dynamic state observer to control the energy consumption in aluminium production cells | |
| CN116345677A (zh) | 一种基于人工智能的低功耗电源监控方法及系统 | |
| CN103774179B (zh) | 铜电解生产中自动控制添加剂的装置和方法 | |
| CN206146221U (zh) | 一种可实时检测炉体内温度的退火炉 | |
| CN106200721A (zh) | 基于特征模型的自适应温度控制器 | |
| CN203366157U (zh) | 一种模糊pid控制的水温调节系统 | |
| CN2667541Y (zh) | 高精度智能型热流道温控器 | |
| CN104865987A (zh) | 一种高精度、智能型分区温控系统 | |
| CN110866652B (zh) | 一种基于lstm模型的在线pmu数据纠错方法及系统 | |
| Li et al. | The application of the electrode type water level gauge in reclaimed water treatment control system | |
| CN102129257A (zh) | 萃取工艺现场在线ph检测及控制系统 | |
| CN103576718A (zh) | 一种温度控制系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180810 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |