CN112684819A - 基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法及装置，所述方法首先采集当前采样时刻供水系统管道的压力信号进行干扰剔除生成第二压力信号；根据前一采样时刻跟随信号、前一采样时刻一阶微分信号以及预设的非线性函数对第二压力信号进行信号分离获得当前采样时刻跟随信号以及当前采样时刻一阶微分信号。对给定压力信号进行信号分离，得到第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微信号。求取跟随信号控制量和微分信号控制量，继而根据跟随信号控制量和微分信号控制量生成供水系统变频器的驱动脉冲，以使变频器根据驱动脉冲控制水泵的供水状态，通过实施本发明能够提高供水系统管道压力控制精度。

Description

基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法及装置

技术领域

本发明涉及管道压力控制技术领域，尤其涉及一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法及装置。

背景技术

恒压供水是一种水利系统的供水方式。供水是国民生产生活中不可缺少的重要一环。恒压供水能够保持供水压力的恒定，可使供水和用水之间保持平衡。恒压供水方式的实质是将管网的实际压力经反馈后与给定压力进行比较，当管网压力不足时，变频器增大输出频率，水泵转速加快，供水量增加，迫使管网压力上升。反之水泵转速减慢，供水量减小，管网压力下降，保持恒压供水。

在现有管道压力控制技术中，使用最广的是采用PID控制方法。PID控制方法是一种线性的控制方法，但供水系统是一个是非线性、大惯性的系统，这使得传统PID控制方法很难满足控制精度要求。

发明内容

本发明实施例提供一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法及装置，能提高供水系统管道压力控制精度。

本发明一实施例提供一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法，包括：获取当前采样时刻供水系统管道的第一压力信号，并根据所述第一压力信号计算剔除干扰后的当前采样时刻供水系统管道的压力信号，获得第二压力信号；

根据前一采样时刻跟随信号以及前一采样时刻一阶微分信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号；根据预设的非线性函数、所述前一采样时刻一阶微分信号以及所述前一采样时刻跟随信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻一阶微分信号；

获取当前采样时刻供水系统管道预设的给定压力信号，继而计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微分信号；

计算所述当前采样时刻跟随信号与所述第二当前采样时刻跟随信号的差值，获得第一差值；计算所述当前采样时刻一阶微分信号与所述第二当前采样时刻一阶微分信号的差值，获得第二差值；根据所述第一差值计算跟随信号控制量，根据所述第二差值计算微分信号控制量；

根据所述跟随信号控制量以及所述微分信号控制量生成供水系统中变频器的驱动脉冲，以使所述变频器根据所述驱动脉冲控制水泵的供水状态。

进一步的，其特征在于，所述根据所述第一压力信号计算剔除干扰后的当前采样时刻供水系统管道的压力信号，获得第二压力信号，具体包括：

获取前一采样时刻供水系统管道的第三压力信号、剔除干扰后的前一采样时刻供水系统管道的第四压力信号以及剔除干扰后的前二采样时刻供水系统管道的第五压力信号；

通过以下公式计算所述第二压力信号：

P_F(k)＝b₁P(k)+b₂P(k-1)-a₁P_F(k-1)-a₂P_F(k-2)；

其中，b₁、b₂、a₁以及a₂均为预设的常系数、P_F(k)为所述第二压力信号、P(k) 为所述第一压力信号、P(k-1)为所述第三压力信号、P_F(k-1)为所述第四压力信号、P_F(k-2)为所述第五压力信号。

进一步的，其特征在于，所述根据前一采样时刻跟随信号以及前一采样时刻一阶微分信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号，具体包括：

通过以下公式计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号：

P_F1(k)＝P_F1(k-1)+T*P_F2(k-1)；

其中，所述P_F1(k)为当前采样时刻跟随信号、P_F1(k-1)为前一采样时刻跟随信号、T为采样时间间隔、P_F2(k-1)为前一采样时刻一阶微分信号。

进一步的，所述根据预设的非线性函数、所述前一采样时刻一阶微分信号以及所述前一采样时刻跟随信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻一阶微分信号，具体包括：

通过以下公式计算所述当前采样时刻一阶微分信号：

P_F2(k)＝P_F2(k-1)+T*G[P_F1(k-1)，P_F2(k-1)，r，T]；

其中，P_F2(k)为当前采样时刻一阶微分信号、P_F2(k-1)为前一采样时刻一阶微分信号、r为预设的修正系数、G为所述非线性函数；

Δ为预设的变化范围、Δ₀为预设的切换阈值、sign()为符号函数、a(k)中间变量、a(k-1)为前一采样时刻所述非线性函数对应的中间变量。

进一步的，所述计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微分信号，具体包括：

通过以下公式计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号：

P_r1(k)＝P_r1(k-1)+T*P_r2(k-1)；

其中，所述P_r1(k)为第二当前采样时刻跟随信号、P_r1(k-1)为第二前一采样时刻跟随信号、P_r2(k-1)为第二前一采样时刻一阶微分信号；

通过以下公式计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻一阶微分信号

P_r2(k)＝P_r2(k-1)+T*G’[P_r1(k-1)，P_r2(k-1)，r，T]；

其中，P_r2(k)为第二当前采样时刻一阶微分信号、P_r2(k-1)为第二前一采样时刻一阶微分信号、r为预设的修正系数、G’为预设第二非线性函数；

Δ为预设的变化范围、Δ₀为预设的切换阈值、sign()为符号函数、a’(k)中间变量、a’(k-1)为前一采样时刻所述第二非线性函数对应的中间变量。

进一步的，所述根据所述第一差值计算跟随信号控制量，根据所述第二差值计算微分信号控制量，具体包括：

根据以下公式计算跟随信号控制量：

其中，u₁(k)为所述跟随信号控制量、ΔP_F1(k)为所述第一差值、δ为预设的误差范围；

根据以下公式计算微分信号控制量：

其中，u₂(k)为所述微分信号控制量、ΔP_F2(k)为所述第二差值。

进一步的，所述根据所述跟随信号控制量以及所述微分信号控制量生成供水系统中变频器的驱动脉冲，具体包括：

根据以下公式计算总控制量：

u(k)＝k₁u₁(k)+k₂u₂(k)；

其中，K₁和K₂均为预设的权重系数；

根据所述总控制量生成所述驱动脉冲。

在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了装置项实施例；

本发明另一实施例提供了一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制装置，包括采样计算模块、第一信号分离模块、第二信号分离模块、控制量计算模块以及管道压力控制模块；

所述采样计算模块，用于获取当前采样时刻供水系统管道的第一压力信号，并根据所述第一压力信号计算剔除干扰后的当前采样时刻供水系统管道的压力信号，获得第二压力信号；

所述第一信号分离模块，用于根据前一采样时刻跟随信号以及前一采样时刻一阶微分信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号；根据预设的非线性函数、所述前一采样时刻一阶微分信号以及所述前一采样时刻跟随信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻一阶微分信号；

所述第二信号分离模块、用于获取当前采样时刻供水系统管道预设的给定压力信号，继而计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微分信号；

所述控制量计算模块、用于计算所述当前采样时刻跟随信号与所述第二当前采样时刻跟随信号的差值，获得第一差值；计算所述当前采样时刻一阶微分信号与所述第二当前采样时刻一阶微分信号的差值，获得第二差值；根据所述第一差值计算跟随信号控制量，根据所述第二差值计算微分信号控制量；

所述管道压力控制模块、用于根据所述跟随信号控制量以及所述微分信号控制量生成供水系统中变频器的驱动脉冲，以使所述变频器根据所述驱动脉冲控制水泵的供水状态。

通过实施本发明实施例具有如下有益效果：

本发明实施例提供了一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法及装置，所述方法首先采集当前采样时刻供水系统管道的压力信号，然后进行干扰剔除生成第二压力信号，然后根据前一时刻跟随信号、前一采样时刻一阶微分信号以及预设的非线性函数对第二压力信号进行信号分离，获得上述当前采样时刻跟随信号以及当前采样时刻一阶微分信号。与此同时，获取当前采样时刻供水系统管道预设的给定压力信号，对给定压力信号进行信号分离，得到上述第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微信号。紧接着求取当前采样时刻跟随信号与第二当前采样时刻跟随信号的差值，获得第一差值并根据第一差值求出跟随信号控制量，求取当前采样时刻一阶微分信号与第二当前采样时刻一阶微分信号的差值，获得第二差值并根据第二差值计算出微分信号控制量，最后根据跟随信号控制量和微分信号控制量生成供水系统变频器的驱动脉冲，从而控制当水泵的供水状态，实现供水系统管道压力的调控。与现有技术相比，本发明在进行信号分离时，引入过去时刻的供水管道压力信号，并通过非线性函数来进行信号分离，从而达到非线性控制的目的，进而提高供水系统管道压力控制精度。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法的示意图。

图2是本发明一实施例提供的一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法的流程示意图。

图3是本发明一实施例提供的一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1以及图2所示：本发明一实施例提供了一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法，包括如下步骤：

步骤S101:获取当前采样时刻供水系统管道的第一压力信号，并根据所述第一压力信号计算剔除干扰后的当前采样时刻供水系统管道的压力信号，获得第二压力信号。

步骤S102:根据前一采样时刻跟随信号以及前一采样时刻一阶微分信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号；根据预设的非线性函数、所述前一采样时刻一阶微分信号以及所述前一采样时刻跟随信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻一阶微分信号。

步骤S103:获取当前采样时刻供水系统管道预设的给定压力信号，继而计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微分信号。

步骤S104:计算所述当前采样时刻跟随信号与所述第二当前采样时刻跟随信号的差值，获得第一差值；计算所述当前采样时刻一阶微分信号与所述第二当前采样时刻一阶微分信号的差值，获得第二差值；根据所述第一差值计算跟随信号控制量，根据所述第二差值计算微分信号控制量。

步骤S105:根据所述跟随信号控制量以及所述微分信号控制量生成供水系统中变频器的驱动脉冲，以使所述变频器根据所述驱动脉冲控制水泵的供水状态。

对于步骤S101：在一个优选的实施例中，所述根据所述第一压力信号计算剔除干扰后的当前采样时刻供水系统管道的压力信号，获得第二压力信号，具体包括：获取前一采样时刻供水系统管道的第三压力信号、剔除干扰后的前一采样时刻供水系统管道的第四压力信号以及剔除干扰后的前二采样时刻供水系统管道的第五压力信号；通过以下公式计算所述第二压力信号：

P_F(k)＝b₁P(k)+b₂P(k-1)-a₁P_F(k-1)-a₂P_F(k-2)； (1)

其中，b₁、b₂、a₁以及a₂均为预设的常系数、P_F(k)为所述第二压力信号、P(k) 为所述第一压力信号、P(k-1)为所述第三压力信号、P_F(k-1)为所述第四压力信号、P_F(k-2)为所述第五压力信号。

在这一步骤中，在当前采样时刻对供水系统管道进行压力检测，获得上述第一压力信号，而由于变频器运行时，会给压力检测环节带来强电磁干扰的影响，为了提高压力检测的准确性，需要对第一压力信号进行滤波处理来剔除干扰，获得上述第二压力信号P_F(k)。在本发明，采用如上述公式(1)所示的一种二阶滤波的方法。获取前一采样时刻供水系统管道的压力信号(即上述第三压力信号 P(k-1))；剔除干扰后的前一采样时刻供水系统管道压力信号(即上述第四压力信号P_F(k-1))以及剔除干扰后的前二采样时刻供水系统管道的压力信号(即上述第五压力信号P_F(k-2))然后代入公式(1)求出剔除干扰后的当前采样时刻供水系统管道的压力信号(即上述第二压力信号)需要说明的是，公式(1) 是一个递推公式，对于初始采样时刻供水系统管道的压力信号以及剔除干扰初始采样时刻供水系统管道的压力信号均可设置为0。

需要说明的是，上述处理步骤可以由DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)芯片的处理器执行，而b₁、b₂、a₁以及a₂的具体系数，可以由设计人员根据实用场景和用户需求自行设置。如考虑滤波的特性，可设定、a₁＝-1.42、a₂＝0.553、b₁＝1、b₂＝0.13。通过该参数的设定可使滤除扰动频率超过1Hz 的干扰信号。

对于步骤S102、在一个优选的实施例中，所述根据前一采样时刻跟随信号以及前一采样时刻一阶微分信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号，具体包括：

通过以下公式计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号：

P_F1(k)＝P_F1(k-1)+T*P_F2(k-1)； (2)

其中，所述P_F1(k)为当前采样时刻跟随信号、P_F1(k-1)为前一采样时刻跟随信号、T为采样时间间隔、P_F2(k-1)为前一采样时刻一阶微分信号。

所述根据预设的非线性函数、所述前一采样时刻一阶微分信号、所述前一采样时刻跟随信号以及剔除干扰后的前一采样时刻供水系统管道的压力信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻一阶微分信号，具体包括：

通过以下公式计算所述当前采样时刻一阶微分信号：

P_F2(k)＝P_F2(k-1)+T*G[P_F1(k-1)，P_F2(k-1)，r，T]； (3)

其中，P_F2(k)为当前采样时刻一阶微分信号、P_F2(k-1)为前一采样时刻一阶微分信号、r为预设的修正系数、G为所述非线性函数；

Δ为预设的变化范围、Δ₀为预设的切换阈值、sign()为符号函数、a(k)为中间变量、a(k-1)为前一采样时刻所述非线性函数对应的中间变量。

在这一步骤需要对第二压力信号进行信号分离求取出，与第二压力信号对应的跟随信号(即上述当前采样时刻跟随信号)以及与第二压力信号对应的一阶微分信号(即上述当前采样时刻一阶微分信号)。

在求取当前采样时刻跟随信号P_F1(k)时，首先获取前一采样时刻剔除干扰后的供水系统管道压力信号所对应跟随信号(即上述前一采样时刻跟随信号 P_F1(k-1))以及前一采样时刻剔除干扰后的供水系统管道压力信号所对应一阶微分信号(即上述前一采样时刻一阶微分信号P_F2(k-1))以及采样时间间隔T。然后根据上述公式(2)计算得到与第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号。可以理解的是公式(2)也是一个递推公式对于初始采样时刻的跟随信号以及初始采样时刻的一阶微分信号均可设置为0。

在求取当前采样时刻一阶微分信号P_F2(k)时，首先需要获取前一采样时刻一阶微分信号P_F2(k-1)，前一采样时刻跟随信号P_F1(k-1)、预设的修正系数r、以及采样时间间隔T。然后将上述获取的数据代入公式(3)中，求取出当前采样时刻一阶微分信号P_F2(k)；

上述公式(3)中的G代表预设的非线性函数，且具体表达式如公式4以及公式5所示，

公式(4)中所示的“Δ”为中间变量“a(k)”的一个预设的允许变化的范围，这个范围呈带状。“Δ₀”为预设的切换阈值，这个值是根据实际运用场景进行设定的。比如，用于5层楼房供水的可能会设2.5Bar，9层楼房可能会设4.5Bar。

对于步骤S104、在一个优选的实施例中，所述计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微分信号，具体包括：

通过以下公式计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号：

P_r1(k)＝P_r1(k-1)+T*P_r2(k-1)； (6)

其中，所述P_r1(k)为第二当前采样时刻跟随信号、P_r1(k-1)为第二前一采样时刻跟随信号、P_r2(k-1)为第二前一采样时刻一阶微分信号；

通过以下公式计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻一阶微分信号

P_r2(k)＝P_r2(k-1)+T*G’[P_r1(k-1)，P_r2(k-1)，r，T]； (7)

其中，P_r2(k)为第二当前采样时刻一阶微分信号、P_r2(k-1)为第二前一采样时刻一阶微分信号、G’为预设第二非线性函数；

Δ为预设的变化范围、Δ₀为预设的切换阈值、sign为符号函数、a’(k)中间变量、a’(k-1)为前一采样时刻所述第二非线性函数对应的中间变量。

这一步骤主要是为了完成给定压力信号的分离，与步骤S103相似。在求取当前采样时刻给定信号的跟随信号(即上述第二当前采样时刻跟随信号P_r2(k)) 时，首先获取前一采样时刻给定信号所对应的跟随信号(即上述第二前一采样时刻跟随信号P_r1(k-1))以及前一采样时刻给定信号的跟随信号所对应一阶微分信号(即上述第二前一采样时刻一阶微分信号P_r2(k-1))以及采样时间间隔T。然后根据上述公式(6)计算得到与当前给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号。

在求取当前采样时刻给定信号的一阶微分信号(即上述第二当前采样时刻一阶微分信号P_r2(k)时，)首先需要获取第二前一采样时刻一阶微分信号P_r1(k-1)，第二前一采样时刻跟随信号P_r2(k-1)，预设的修正系数r、以及采样时间间隔T。然后将上述获取的数据代入公式(7)中，求取出第二当前采样时刻一阶微分信号P_r2(k)时；

上述公式(7)中的G’代表给定压力信号所对应的预设的非线性函数，且具体表达式如公式(8)以及公式(9)所示，

公式(8)(9)和中所示的“Δ”、“Δ₀”与公式(4)和(5)中的定义相同。

对于步骤S105、在一个优选的实施例中，根据以下公式计算跟随信号控制量：

其中，u₁(k)为所述跟随信号控制量、ΔP_F1(k)为所述第一差值、δ为预设的误差范围；

根据以下公式计算微分信号控制量：

其中，u₂(k)为所述微分信号控制量、ΔP_F2(k)为所述第二差值。

在这一步骤中将当前采样时刻跟随信号与第二当前采样时刻跟随信号进行比对，求出随信号控制量。将当前采样时刻一阶微分信号与第二当前采样时刻一阶微分信号进行比对，切除微分信号控制量。

对于步骤S106、在一个优选的实施例中，根据所述跟随信号控制量以及所述微分信号控制量生成供水系统中变频器的驱动脉冲，具体包括：

根据以下公式计算总控制量：

u(k)＝k₁u₁(k)+k₂u₂(k)； (12)

其中，K₁和K₂均为预设的权重系数；

根据所述总控制量生成所述驱动脉冲。

在这一步骤中，根据公式(12)求出当前采样时刻总控制量，然后载波环节生成供水系统中变频器相应调制频率及幅值的驱动脉冲，然后进行水泵的控制，最终回想供水系统管道压力的非线性控制。

通过实施本发明上述各实施例所述的非线性控制的供水系统管道压力控制方法能利用误差信号的过去、现状和将来的信息的特点来提高供水系统管道压力控制精度及提升供水系统管道压力控制的速度。

在本发明上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了装置项实施例。

如图3所示，本发明一实施例提供了一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制装置，包括：

采样计算模块、第一信号分离模块、第二信号分离模块、控制量计算模块以及管道压力控制模块；

所述采样计算模块，用于获取当前采样时刻供水系统管道的第一压力信号，并根据所述第一压力信号计算剔除干扰后的当前采样时刻供水系统管道的压力信号，获得第二压力信号；

所述第一信号分离模块，用于根据前一采样时刻跟随信号以及前一采样时刻一阶微分信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号；根据预设的非线性函数、所述前一采样时刻一阶微分信号以及所述前一采样时刻跟随信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻一阶微分信号；

所述第二信号分离模块、用于获取当前采样时刻供水系统管道预设的给定压力信号，继而计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微分信号；

所述控制量计算模块、用于计算所述当前采样时刻跟随信号与所述第二当前采样时刻跟随信号的差值，获得第一差值；计算所述当前采样时刻一阶微分信号与所述第二当前采样时刻一阶微分信号的差值，获得第二差值；根据所述第一差值计算跟随信号控制量，根据所述第二差值计算微分信号控制量；

所述管道压力控制模块、用于根据所述跟随信号控制量以及所述微分信号控制量生成供水系统中变频器的驱动脉冲，以使所述变频器根据所述驱动脉冲控制水泵的供水状态。

可以理解的是本发明上述装置项实施例所述的各模块所执行具体方法与本发明上述各方法项实施例所示的方法相对应，在此不再进行赘述。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法，其特征在于，包括：

获取当前采样时刻供水系统管道的第一压力信号，并根据所述第一压力信号计算剔除干扰后的当前采样时刻供水系统管道的压力信号，获得第二压力信号；

根据前一采样时刻跟随信号以及前一采样时刻一阶微分信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号；根据预设的非线性函数、所述前一采样时刻一阶微分信号以及所述前一采样时刻跟随信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻一阶微分信号；

获取当前采样时刻供水系统管道预设的给定压力信号，继而计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微分信号；

计算所述当前采样时刻跟随信号与所述第二当前采样时刻跟随信号的差值，获得第一差值；计算所述当前采样时刻一阶微分信号与所述第二当前采样时刻一阶微分信号的差值，获得第二差值；根据所述第一差值计算跟随信号控制量，根据所述第二差值计算微分信号控制量；

根据所述跟随信号控制量以及所述微分信号控制量生成供水系统中变频器的驱动脉冲，以使所述变频器根据所述驱动脉冲控制水泵的供水状态。

2.如权利要求1所述的基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法，其特征在于，所述根据所述第一压力信号计算剔除干扰后的当前采样时刻供水系统管道的压力信号，获得第二压力信号，具体包括：

获取前一采样时刻供水系统管道的第三压力信号、剔除干扰后的前一采样时刻供水系统管道的第四压力信号以及剔除干扰后的前二采样时刻供水系统管道的第五压力信号；

通过以下公式计算所述第二压力信号：

P_F(k)＝b₁P(k)+b₂P(k-1)-a₁P_F(k-1)-a₂P_F(k-2)；

其中，b₁、b₂、a₁以及a₂均为预设的常系数、P_F(k)为所述第二压力信号、P(k)为所述第一压力信号、P(k-1)为所述第三压力信号、P_F(k-1)为所述第四压力信号、P_F(k-2)为所述第五压力信号。

3.如权利要求2所述的基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法，其特征在于，所述根据前一采样时刻跟随信号以及前一采样时刻一阶微分信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号，具体包括：

通过以下公式计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号：

P_F1(k)＝P_F1(k-1)+T*P_F2(k-1)；

其中，所述P_F1(k)为当前采样时刻跟随信号、P_F1(k-1)为前一采样时刻跟随信号、T为采样时间间隔、P_F2(k-1)为前一采样时刻一阶微分信号。

4.如权利要求3所述的基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法，其特征在于，所述根据预设的非线性函数、所述前一采样时刻一阶微分信号以及所述前一采样时刻跟随信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻一阶微分信号，具体包括：

通过以下公式计算所述当前采样时刻一阶微分信号：

P_F2(k)＝P_F2(k-1)+T*G[P_F1(k-1)，P_F2(k-1)，r，T]；

其中，P_F2(k)为当前采样时刻一阶微分信号、P_F2(k-1)为前一采样时刻一阶微分信号、r为预设的修正系数、G为所述非线性函数；

Δ为预设的变化范围、Δ₀为预设的切换阈值、sign()为符号函数、a(k)为中间变量、a(k-1)为前一采样时刻所述非线性函数对应的中间变量。

5.如权利要求4所述的基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法，其特征在于，所述计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微分信号，具体包括：

通过以下公式计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号：

P_r1(k)＝P_r1(k-1)+T*P_r2(k-1)；

其中，所述P_r1(k)为第二当前采样时刻跟随信号、P_r1(k-1)为第二前一采样时刻跟随信号、P_r2(k-1)为第二前一采样时刻一阶微分信号；

通过以下公式计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻一阶微分信号

P_r2(k)＝P_r2(k-1)+T*G’[P_r1(k-1)，P_r2(k-1)，r，T]；

其中，P_r2(k)为第二当前采样时刻一阶微分信号、P_r2(k-1)为第二前一采样时刻一阶微分信号、r为预设的修正系数、G’为预设第二非线性函数；

Δ为预设的变化范围、Δ₀为预设的切换阈值、sign()为符号函数、a’(k)为中间变量、a’(k-1)为前一采样时刻所述第二非线性函数对应的中间变量。

6.如权利要求5所述的基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法，其特征在于，所述根据所述第一差值计算跟随信号控制量，根据所述第二差值计算微分信号控制量，具体包括：

根据以下公式计算跟随信号控制量：

其中，u₁(k)为所述跟随信号控制量、ΔP_F1(k)为所述第一差值、δ为预设的误差范围；

根据以下公式计算微分信号控制量：

其中，u₂(k)为所述微分信号控制量、ΔP_F2(k)为所述第二差值。

7.如权利要求6所述的基于非线性控制的供水系统管道压力控制方法，其特征在于，所述根据所述跟随信号控制量以及所述微分信号控制量生成供水系统中变频器的驱动脉冲，具体包括：

根据以下公式计算总控制量：

u(k)＝k₁u₁(k)+k₂u₂(k)；

其中，K₁和K₂均为预设的权重系数；

根据所述总控制量生成所述驱动脉冲。

8.一种基于非线性控制的供水系统管道压力控制装置，其特征在于，包括：采样计算模块、第一信号分离模块、第二信号分离模块、控制量计算模块以及管道压力控制模块；

所述采样计算模块，用于获取当前采样时刻供水系统管道的第一压力信号，并根据所述第一压力信号计算剔除干扰后的当前采样时刻供水系统管道的压力信号，获得第二压力信号；

所述第一信号分离模块，用于根据前一采样时刻跟随信号以及前一采样时刻一阶微分信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻跟随信号；根据预设的非线性函数、所述前一采样时刻一阶微分信号以及所述前一采样时刻跟随信号，计算与所述第二压力信号对应的当前采样时刻一阶微分信号；

所述第二信号分离模块、用于获取当前采样时刻供水系统管道预设的给定压力信号，继而计算与所述给定压力信号对应的第二当前采样时刻跟随信号以及第二当前采样时刻一阶微分信号；

所述控制量计算模块、用于计算所述当前采样时刻跟随信号与所述第二当前采样时刻跟随信号的差值，获得第一差值；计算所述当前采样时刻一阶微分信号与所述第二当前采样时刻一阶微分信号的差值，获得第二差值；根据所述第一差值计算跟随信号控制量，根据所述第二差值计算微分信号控制量；

所述管道压力控制模块、用于根据所述跟随信号控制量以及所述微分信号控制量生成供水系统中变频器的驱动脉冲，以使所述变频器根据所述驱动脉冲控制水泵的供水状态。

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