CN117142630B - 一种转盘式生物反应装置的自动控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种转盘式生物反应装置的自动控制方法及系统，涉及自动控制技术领域，包括：采集控制参数范围获取转速范围、曝气量范围、抽停比范围，进行模拟净化反应测试获取三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集，分析获取三个反应变化幅度信息，分析获取三个能耗变化幅度信息，结合计算获取三个优化幅度信息，设置获得三个分布优化收敛条件，并构建三个分布优化函数进行分布优化，获得转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间，构建集成优化函数进行集成优化，获得最优控制参数对装置进行控制。本发明解决了传统方法缺乏针对性的参数优化策略和适应性调节机制，导致废水处理效果不佳的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，具体涉及一种转盘式生物反应装置的自动控制方法及系统。
背景技术
转盘式生物反应装置广泛应用于处理垃圾渗沥液、市政污水、工业污水等废水处理领域，而传统的转盘式生物反应装置控制方法存在一定的问题，导致其性能和效率较低，一方面，传统方法对废水处理过程的监测和控制通常是基于周期性采样和离线分析的方式，无法准确跟踪和调整各项参数，并且由于废水特性的变化和装置的非线性特点，导致处理效果较差；另一方面，不同的废水来源和水质变化对转盘式生物反应装置的工作参数要求不同，传统方法缺乏针对性的参数优化策略和适应性调节机制，导致装置在处理不同废水时效果不佳。
因此，需要开发一种智能控制方法，能够自动调整转盘的运转速度、曝气量等参数，并且能根据废水的特性和变化自动优化调节转盘的工作参数，提高处理效率和稳定性。
发明内容
本申请通过提供了一种转盘式生物反应装置的自动控制方法及系统，旨在解决传统的控制方法对废水处理过程通常是基于周期性采样和离线分析的方式，无法准确调整各项参数，导致处理效果较差，并且缺乏针对性的参数优化策略和适应性调节机制，导致装置在处理废水时效果不佳的技术问题。
鉴于上述问题，本申请提供了一种转盘式生物反应装置的自动控制方法及系统。
本申请公开的第一个方面，提供了一种转盘式生物反应装置的自动控制方法，所述方法应用于一转盘式生物反应装置，所述装置包括转盘单元、曝气单元、抽吸单元、分布优化单元和集成优化单元，所述方法包括：采集所述转盘单元、曝气单元、抽吸单元内进行控制的控制参数范围，获取转速范围、曝气量范围、抽停比范围；在所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围随机抽取满足分布要求的多个控制参数，进行模拟净化反应测试，获取三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集；根据三个膜通量测试结果集和三个净化测试结果集，分析获取三个反应变化幅度信息，根据三个能耗测试结果集，分析获取三个能耗变化幅度信息，结合所述三个反应变化幅度信息，计算获取三个优化幅度信息；根据所述三个优化幅度信息，设置获得三个分布优化收敛条件，并构建三个分布优化函数；通过分布优化单元，基于所述三个分布优化函数，对转速参数、曝气量参数、抽停比参数进行分布优化，直到满足三个分布优化收敛条件，获得转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间；通过集成优化单元，根据所述三个能耗变化幅度，构建集成优化函数，在所述转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间内进行集成优化，获得最优控制参数，对所述转盘式生物反应装置进行控制。
本申请公开的另一个方面，提供了一种转盘式生物反应装置的自动控制系统，所述系统应用于一转盘式生物反应装置，所述装置包括转盘单元、曝气单元、抽吸单元、分布优化单元和集成优化单元，所述系统用于上述方法，所述系统包括：参数范围获取模块，所述参数范围获取模块用于采集所述转盘单元、曝气单元、抽吸单元内进行控制的控制参数范围，获取转速范围、曝气量范围、抽停比范围；控制参数抽取模块，所述控制参数抽取模块用于在所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围随机抽取满足分布要求的多个控制参数，进行模拟净化反应测试，获取三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集；幅度信息获取模块，所述幅度信息获取模块用于根据三个膜通量测试结果集和三个净化测试结果集，分析获取三个反应变化幅度信息，根据三个能耗测试结果集，分析获取三个能耗变化幅度信息，结合所述三个反应变化幅度信息，计算获取三个优化幅度信息；优化函数构建模块，所述优化函数构建模块用于根据所述三个优化幅度信息，设置获得三个分布优化收敛条件，并构建三个分布优化函数；分布优化模块，所述分布优化模块用于通过分布优化单元，基于所述三个分布优化函数，对转速参数、曝气量参数、抽停比参数进行分布优化，直到满足三个分布优化收敛条件，获得转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间；集成优化模块，所述集成优化模块用于通过集成优化单元，根据所述三个能耗变化幅度，构建集成优化函数，在所述转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间内进行集成优化，获得最优控制参数，对所述转盘式生物反应装置进行控制。
本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
通过采集转盘单元、曝气单元、抽吸单元的控制参数范围，并进行模拟净化反应测试，获得多个控制参数的测试结果，为后续优化提供了基础数据；通过分析膜通量和净化度测试结果，获取三个反应变化幅度信息，结合反应变化幅度信息和能耗变化幅度信息，计算获得三个优化幅度信息，为后续分布优化提供了指导；通过构建分布优化函数和设置收敛条件，基于优化幅度信息对转速、曝气量和抽停比参数进行分布优化，获得相应的优化空间，利用能耗变化幅度信息构建集成优化函数，在优化空间内进行集成优化，获得最佳控制参数，从而实现对装置的优化和自动控制。总的来说，该方法通过参数范围获取、模拟测试、反应变化幅度信息分析、优化幅度信息计算、分布优化空间获取以及集成优化等过程，解决了传统方法中存在的参数范围确定、分布优化和能耗改进方面的问题，并实现了装置性能的优化和自动化控制。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
图1为本申请实施例提供了一种转盘式生物反应装置的自动控制方法流程示意图；
图2为本申请实施例提供了一种转盘式生物反应装置的自动控制系统结构示意图。
附图标记说明：参数范围获取模块10，控制参数抽取模块20，幅度信息获取模块30，优化函数构建模块40，分布优化模块50，集成优化模块60。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种转盘式生物反应装置的自动控制方法，解决了传统的控制方法对废水处理过程通常是基于周期性采样和离线分析的方式，无法准确调整各项参数，导致处理效果较差，并且缺乏针对性的参数优化策略和适应性调节机制，导致装置在处理废水时效果不佳的技术问题。
在介绍了本申请基本原理后，下面将结合说明书附图来具体介绍本申请的各种非限制性的实施方式。
实施例一
如图1所示，本申请实施例提供了一种转盘式生物反应装置的自动控制方法，所述方法应用于一转盘式生物反应装置，所述装置包括转盘单元、曝气单元、抽吸单元、分布优化单元和集成优化单元，所述方法包括：
采集所述转盘单元、曝气单元、抽吸单元内进行控制的控制参数范围，获取转速范围、曝气量范围、抽停比范围；
本申请实施例提供的一种转盘式生物反应装置的自动控制方法应用于一转盘式生物反应装置，所述装置包括转盘单元、曝气单元、抽吸单元、分布优化单元和集成优化单元，其中，转盘单元是主要的设备单元，包括一个旋转的圆盘，用于进行生物反应，在这个单元中，生物反应发生，并且需要控制参数来管理反应的速度和效果；曝气单元是一个用于引入空气的单元，以支持生物反应，通过控制曝气量对反应的进行控制；抽吸单元用于控制液体的抽取和排放，以维持适当的液位和反应条件；
分布优化单元用于分析和处理前面三个单元收集的数据，以获取反应的变化信息和优化信息；集成优化单元用于使用先前的数据和信息，执行集成优化以找到最佳的控制参数，以便有效地管理转盘式生物反应装置的运行。
具体而言，确定转盘单元的相关控制参数，例如电机驱动频率、电机功率等，通过调整电机驱动频率和功率，逐渐改变转盘单元的转速，记录每个设定值下转盘单元的实际转速，并根据实验数据绘制转速与控制参数的关系曲线，根据曲线分析得出转盘单元的转速范围，即曲线的峰值和谷值区间；
确定曝气单元的相关控制参数，例如曝气泵的供气压力、流量等，通过调整供气压力，改变曝气单元的曝气量，使用合适的传感器，如气流计，测量不同控制参数设定下的曝气量，记录实验数据并绘制曝气量与控制参数的关系曲线，根据曲线分析得出曝气单元的曝气量范围，即曲线的峰值和谷值区间；
确定抽吸单元的相关控制参数，例如抽吸泵的转速、抽停比等，抽停比为抽吸泵抽吸停抽时间比，通过改变抽吸泵的转速或抽停比，调整抽吸单元的抽吸程度，使用合适的传感器，如流量计，测量不同控制参数设定下的抽吸量，记录实验数据并绘制抽吸量与控制参数的关系曲线，根据曲线分析得出抽吸单元的抽停比范围，即曲线的峰值和谷值区间。
在所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围随机抽取满足分布要求的多个控制参数，进行模拟净化反应测试，获取三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集；
分别从所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围内抽取多个参数，抽取的时候，需要满足保证分布均匀性的要求，以保证参数测试的合理性。使用选定的控制参数，通过控制变量，配置净化反应装置，结合当前进行处理的污水进行测试，并记录测试数据。
将每次测试中收集的数据整理为三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集，这些结果提供关于不同控制参数组合下的转盘式生物反应装置性能的信息，有助于评估和优化系统运行条件。
进一步而言，在所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围随机抽取满足分布要求的多个控制参数，所述方法包括：
在所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围内随机抽取多个转速参数、多个曝气量参数、多个抽停比参数；
分别计算所述多个转速参数、多个曝气量参数、多个抽停比参数的均值，分别判断是否落入均匀转速区间、均匀曝气量区间、均匀抽停比区间内；
若是，则分别计算多个转速参数、多个曝气量参数、多个抽停比参数的分布性参数，判断三个分布性参数是否大于三个分布性阈值，若是，则获得满足分别要求的三个控制参数集，若否，则重新进行抽取。
使用随机数生成器，在转速范围内随机生成多个转速参数，在曝气量范围内生成多个曝气量参数，在抽停比范围内随机生成多个抽停比参数，根据具体需求决定生成的数量。
计算多个转速参数的均值，即，将所有转速值相加，然后除以转速值的数量，即可得到均值，以同样的方法获取曝气量参数和抽停比参数的均值。确定所需的均匀区间，均匀区间是范围内居中的一个区间，根据具体要求设定均匀区间的上限和下限。
将计算得到的均值与对应区间进行比较，如果均值落在该区间内，则可以判断抽取的参数的均值位于整体的均值附近，反之则不在附近，以此来分析抽取是否均匀。
如果均值落在该区间内，收集转速、曝气量和抽停比数据，计算它们的分布性参数，即方差，方差的计算公式为所有数据与均值之差的平方和除以样本数量，方差是衡量数据分布的离散程度的统计量，方差越大表示分布越散，通过计算方差，获得转速参数、曝气量参数和抽停比参数的分布性参数。分布性阈值就是方差阈值，用来判断分布的均匀性。
将计算得到的三个分布性参数与预设的三个分布性阈值进行比较，如果所有三个分布性参数都大于三个分布性阈值，则得到满足要求的三个控制参数集合，否则，需要重新抽取数据并重新计算。
进一步而言，所述方法包括：
根据所述转盘式生物反应装置历史时间内的运行控制参数，获取历史平均转速、历史平均曝气量和历史平均抽停比；
采用所述历史平均转速、历史平均曝气量和历史平均抽停比，将当前进行净化的污水作为测试污水，结合多个控制参数进行模拟净化反应测试，并测试获得三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集。
通过所述转盘式生物反应装置的历史数据，获取历史时间内，例如过去1年内，已知的历史转速、历史曝气量和历史抽停比，对其分别进行均值计算，获取历史平均转速、历史平均曝气量和历史平均抽停比。
分别在三个指标的参数范围内，抽取控制参数，通过控制变量，结合历史平均参数进行处理的污水进行测试，例如针对转速参数作为控制变量，则保持历史平均曝气量和历史平均抽停比不变，使用该组合进行模拟净化反应测试，并采集测试结果。
具体的测试过程如下，在转盘式生物反应装置中设置一组转速、曝气量和抽停比，并运行一段时间以达到稳定状态，以此模拟真实的净化反应条件，在稳定状态下，使用膜通量测试仪器测量膜通量的数值，膜通量是指单位时间内通过膜的溶质的流量，分别采用转速参数作为变量、曝气量参数作为变量、抽停比参数作为变量，重复该测试过程，分别获取三个膜通量测试结果集；同样，进行净化测试，记录净化效果数据，例如测量污染物去除率、废物生成量等指标，重复该测试过程，以获取三个净化测试结果集；在模拟净化反应过程中，记录能耗数据，包括设备的电力消耗、气体供应的能耗等，重复该测试过程，以获取三个能耗测试结果集。
经过上述测试过程，获得三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集。
根据三个膜通量测试结果集和三个净化测试结果集，分析获取三个反应变化幅度信息，根据三个能耗测试结果集，分析获取三个能耗变化幅度信息，结合所述三个反应变化幅度信息，计算获取三个优化幅度信息；
进一步而言，计算获取三个优化幅度信息，所述方法包括：
根据所述三个膜通量测试结果集和三个净化测试结果集内，计算获得三个膜通量变化幅度和三个净化变化幅度；
根据所述三个膜通量变化幅度和三个净化变化幅度，加权计算获得三个反应变化幅度信息；
根据三个能耗测试结果集，计算获得三个能耗变化幅度信息；
根据所述三个反应变化幅度信息和三个能耗变化幅度信息，计算获取三个优化幅度信息。
比较三个膜通量测试结果集之间的差异，通过计算每个测试条件下的膜通量变化率，获取关于膜通量变化幅度的信息，具体的，对于每个膜通量测试结果集中的数据，筛选出膜通量的最大值与最小值，计算最大值与最小值的差值，再将差值除以最大值再转化为百分比形式，即为膜通量变化幅度；以同样的方法计算获得净化变化幅度。
将膜通量变化幅度和净化变化幅度进行比较，通过综合分析，根据实际情况和优化目标，为所述三个膜通量变化幅度和三个净化变化幅度赋予适当的权重，这些权重决定了在计算反应变化幅度时各个因素的相对重要性，例如，如果膜通量是主要目标，则给予膜通量变化幅度更高的权重，根据权重，将膜通量变化幅度和净化变化幅度进行加权求和，得到最终的三个反应变化幅度信息。
对于每个能耗测试结果集，采用前述相同的方法，比较能耗最大值与最小值的差，再计算差值与最大值的比值，获取三个能耗变化幅度信息。
根据实际情况和优化目标，为能耗变化幅度和反应变化幅度赋予适当的权重，这些权重决定了在计算优化幅度时各个因素的相对重要性，例如，如果节约能源是主要目标，则给予能耗变化幅度更高的权重。根据权重，将能耗变化幅度和反应变化幅度进行加权求和，或者计算均值，得到最终的优化幅度值，较高的优化幅度值表示该条件在节约能源和改善反应效果方面具有更大的潜力。这将有助于确定最佳测试条件，并优化转盘式生物反应装置的运行参数，以达到节约能源和提高反应效果的目标。
根据所述三个优化幅度信息，设置获得三个分布优化收敛条件，并构建三个分布优化函数；
根据优化幅度的大小，选择适当的收敛条件，如果优化幅度较大，例如转速、曝气量或抽停比的变化幅度较大，需要进行更精确的寻优，择收敛次数较大；反之，如果优化幅度较小，则可以减小收敛次数。根据每个优化参数的取值范围和目标函数，构建相应的分布优化函数，这些函数通常使用概率分布或随机采样方法来生成新的参数组合，并通过评估目标函数来指导搜索过程，分布优化算法包括遗传算法、粒子群优化算法等。这有助于针对不同优化参数进行高效的优化搜索，以获得最佳的转速、曝气量和抽停比配置，并最大限度地提高净化效果。
进一步而言，所述方法包括：
根据所述转盘式生物反应装置的控制历史数据记录，处理获取样本优化幅度信息阈值；
分别计算所述三个优化幅度信息与所述样本优化幅度信息阈值的比值，分别采用比值的倒数对预设优化收敛次数进行修正计算，获得三个修正优化收敛次数，作为三个分布优化收敛条件；
构建转速分布优化函数，如下式：
；
其中，rot为转速适应度，、/>和/>为权重，/>、/>和/>分别为对转速调整后转盘式生物反应装置的膜通量、净化度和能耗，/>、/>、/>为转盘式生物反应装置的历史平均膜通量、历史平均净化度和历史平均能耗，/>、/>和/>为三个膜通量变化幅度、三个净化变化幅度和三个能耗变化幅度信息内的第一膜通量变化幅度、第一净化变化幅度和第一能耗变化幅度信息与所述样本优化幅度信息阈值的比值；
继续构建获得曝气量分布优化函数和抽停比分布优化函数，作为三个分布优化函数。
从转盘式生物反应装置的控制系统中收集历史数据记录，包括转速、曝气量、抽停比等参数的变化情况，根据前述内容中的数据处理方式，获取这个阈值，为了说明书的简洁，在此不再赘述。
计算三个优化幅度信息与样本优化幅度信息阈值的比值，将每个优化幅度信息除以样本优化幅度信息阈值，得到三个比值，假设这些优化幅度信息分别为A、B和C，样本优化幅度信息阈值为X，则比值为A/X、B/X、C/X。将上述三个比值分别取倒数，得到1/(A/X)、1/(B/X)、1/(C/X)，简化为X/A、X/B、X/C。将预设的优化收敛次数乘以上述修正因子，即可得到三个修正优化收敛次数，假设预设优化收敛次数为N，修正后的收敛次数分别为N*(X/A)、N*(X/B)、N*(X/C)。
将上述修正后的收敛次数作为三个分布优化收敛条件，用于优化算法的收敛判定，当达到对应修正收敛次数时，可以认为优化算法已经收敛，这些条件可以帮助更准确地评估和控制优化算法的收敛性能。
构建上述转速分布优化函数，这个函数用于计算转速适应度，其中，、/>和/>为权重，它们决定了转速适应度中每个参数的相对重要性，权重根据实际情况进行确定，通过调整这些权重，可以改变不同参数对转速适应度的贡献程度；第一膜通量变化幅度、第一净化变化幅度和第一能耗变化幅度信息即抽取转速进行测试获得的变化幅度。
部分表示膜通量的贡献，这部分的计算可以看作是当前膜通量与历史平均膜通量之间的相对变化程度；/>部分表示净化度的贡献，这部分的计算可以看作是当前净化度与历史平均净化度之间的相对变化程度；/>部分表示能耗的贡献，这部分的计算可以看作是当前能耗与历史平均能耗之间的相对变化程度。
通过将这三个贡献部分加权求和，可以得到转速适应度rot的最终值，这个值用来评估转盘式生物反应装置在给定参数下的性能，以便进行优化和调整。
以同样的方法构建获得曝气量分布优化函数和抽停比分布优化函数，为了说明书的简洁，在此不再赘述。
通过分布优化单元，基于所述三个分布优化函数，对转速参数、曝气量参数、抽停比参数进行分布优化，直到满足三个分布优化收敛条件，获得转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间；
根据转速的分布优化函数，生成不同转速取值的组合，并通过目标函数评估其性能，在优化过程中，通过调整转速的分布来探索更广泛的搜索空间，最终，根据设定的第一分布优化收敛条件，通过迭代优化过程，获得满足转速优化收敛条件的所述转速优化空间。采用相同的方法优化获得曝气量优化空间、抽停比优化空间。这些优化空间代表了在给定的参数范围内，经过分布优化后判定是最有潜力的参数组合。
进一步而言，所述方法包括：
在所述转速范围内，随机生成多个初始转速控制参数，构建初始的转速优化空间；
基于多个初始转速控制参数，结合历史平均曝气量和历史平均抽停比，进行模拟净化反应测试，并基于所述转速分布优化函数，计算获得多个初始转速适应度；
在所述转速范围内，对所述多个初始转速控制参数进行随机调整，获得多个更新转速控制参数，进行模拟净化反应测试，并计算获得多个更新转速适应度；
根据多个更新转速适应度和多个初始转速适应度进行判别，对初始的转速优化空间进行更新；
继续进行更新优化，直到达到第一分布优化收敛条件，获得所述转速优化空间；
优化获得所述曝气量优化空间、抽停比优化空间。
确定转速的取值范围，包括最小转速和最大转速。使用随机数生成器，在转速范围内生成多个随机转速值作为初始的转速控制参数，根据具体需求决定生成的数量。将生成的随机转速参数组合在一起，形成初始的转速优化空间，这个空间包含了多个不同的转速参数组合作为起点。
通过历史数据或实验结果获取已知的历史平均曝气量和历史平均抽停比，使用随机生成的多个初始转速控制参数作为起点，并基于转速分布优化函数，评估每个初始转速参数组合的适应度。对于每个初始转速参数组合，结合所述历史平均曝气量和历史平均抽停比，在模拟环境中进行净化反应测试，根据转速分布优化函数，将模拟净化反应测试的结果转化为适应度值，这样可以量化每个初始转速参数组合的好坏程度。
对于每个初始转速控制参数组合，使用随机数生成器，在转速调整范围内生成随机的调整值，将该调整值加到初始转速控制参数上，得到更新的转速控制参数。使用更新的转速控制参数进行模拟净化反应测试，同样结合历史平均曝气量和历史平均抽停比等信息，并基于所述转速分布优化函数，计算获得多个更新转速适应度，以量化每个更新转速参数组合的好坏程度。
定义一个判断准则来评估转速控制参数的优劣，例如基于适应度值的大小。将每个更新转速的适应度值与对应的初始转速的适应度值进行比较，根据判断准则，确定哪些更新转速的参数表现更好，即适应度更高。基于适应度值的比较结果，选择那些适应度更高的更新转速参数组合，并将它们加入转速优化空间中，这样就更新了初始的转速优化空间，使其包含了较好表现的转速参数组合。这样可以提高后续优化算法的效率，并有助于找到更优的转速控制参数。
确定一个合适的收敛条件，以判断是否达到了第一分布优化的收敛状态，例如适应度值的稳定性、参数变动的程度等。使用当前的转速优化空间作为起点，运用优化算法，如遗传算法、粒子群算法等，在转速范围内生成新的转速控制参数组合，并进行模拟净化反应测试并计算适应度。
根据定义的收敛条件，判断当前的优化过程是否已经达到第一分布的收敛状态，如果满足收敛条件，则可以结束优化过程，将当前的转速优化空间作为最终结果；否则，继续进行下一步。
根据优化算法的输出结果，选择适应度较高的转速参数组合，并将它们添加到当前的转速优化空间中，这样就更新了转速优化空间，使其包含更多表现良好的转速参数组合。重复进行更新优化过程，直到满足第一分布优化的收敛条件为止，一旦满足收敛条件，获得所需的转速优化空间作为最终结果。
采用与所述转速优化空间相同的优化方法，优化获得所述曝气量优化空间、抽停比优化空间，为了说明书的简洁，在此不再赘述。
进一步而言，所述方法包括：
根据所述多个初始转速适应度的大小，计算获取多个初始调整概率，其中初始调整概率的大小与初始转速适应度的大小反相关；
按照所述多个初始调整概率，对多个初始转速控制参数进行选取和调整。
将多个初始转速适应度值按照从小到大的顺序进行排序，得到一个适应度排序，将适应度排序的结果用于计算初始调整概率，使用排序倒数作为初始调整概率的初步估计值，即，适应度值较小的初始转速获得较高的初始调整概率。通过对初始调整概率进行反相关操作，使初始调整概率的大小与初始转速适应度的大小呈反相关关系，这可以通过取排序的倒数来实现。对反相关调整后的初始调整概率进行标准化处理，使其总和等于1，可以将每个初始调整概率除以所有初始调整概率之和，以确保它们的总和为1。
按照所述多个初始调整概率，在所述转速范围内，对所述多个初始转速控制参数进行随机调整，示例性的，选择一个初始转速控制参数进行调整，根据所选的参数和其对应的初始调整概率，计算出该参数被选中的概率，然后，通过随机抽取或遗传算法中的选择操作，选择一个参数值作为调整的初始值。以此获得多个更新转速控制参数。
通过集成优化单元，根据所述三个能耗变化幅度，构建集成优化函数，在所述转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间内进行集成优化，获得最优控制参数，对所述转盘式生物反应装置进行控制。
根据所述的三个能耗变化幅度，对其进行详细分析和评估，了解不同参数对能耗的影响程度，基于能耗变化幅度的分析结果，将转速优化空间、曝气量优化空间和抽停比优化空间进行组合，纳入集成优化函数中，该函数考虑了这些参数之间的相互作用，并通过权衡不同参数的取值来实现能耗的最小化。
利用构建的集成优化函数，在组合空间内进行搜索和迭代，通过不断调整参数组合并评估能耗性能，寻找最优的控制参数。通过集成优化过程，找到使能耗最小化的最佳控制参数组合，这些参数应用于转盘式生物反应装置的控制系统中，这将有助于提高转盘式生物反应装置的能耗性能，实现更有效的控制和运行。
进一步而言，所述方法包括：
根据所述三个能耗变化幅度，构建集成优化函数，如下式：
;
其中，g为集成适应度，、/>和/>为权重，L、K、P分别为对转速、曝气量和抽停比进行调整后转盘式生物反应装置的膜通量、净化度和能耗，/>、/>、/>为转盘式生物反应装置的历史平均膜通量、历史平均净化度和历史平均能耗，C为三个能耗变化幅度的均值与所述样本优化幅度信息阈值的比值；
对所述转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间进行组合，获得集成寻优空间；
根据所述集成优化函数，在所述集成优化空间内进行集成控制参数的优化，获得所述最优控制参数，所述最优控制参数包括最优转速、最优曝气量和最优抽停比。
所述集成优化函数中，g为集成适应度，表示转盘式生物反应装置在给定控制参数下的综合性能，较小的g值表示更好的性能；、/>和/>为权重，用于调节各个能耗指标对最终适应度的贡献程度，这些权重可以根据具体情况进行调整，以凸显不同能耗指标的重要性；C用于评估当前能耗变化幅度与优化幅度阈值之间的关系，较大的C值表示当前能耗变化幅度相对较大。
该集成优化函数将三个能耗指标，即膜通量、净化度和能耗，综合考虑，并根据历史平均性能和当前能耗变化幅度，通过权重因子对各个指标进行加权求和，最终的目标是找到使集成适应度g最小化的控制参数组合，以实现转盘式生物反应装置的最佳性能。
将转速优化空间、曝气量优化空间和抽停比优化空间组合在一起，形成一个多维的优化空间，根据每个参数的取值范围，生成一个参数组合集合，代表在这个多维空间中的各种可能的控制参数组合。通过对转速、曝气量和抽停比的不同取值进行组合，获得一个包含所有可能的控制参数组合的集成寻优空间，并在这个空间中搜索最优解。
随机选取初始的控制参数组合作为起点，使用集成优化函数对当前参数组合进行评估，目标是使得集成优化函数达到最小值，计算其在性能方面的适应度，通过迭代的方式搜索最优解，在每次迭代中，根据优化算法的策略，生成新的候选参数组合，并计算其适应度，使用梯度信息进行参数调整，更新参数值。设置适当的终止条件，如达到最大迭代次数、达到收敛条件或满足特定性能要求时停止迭代，在优化过程中记录并跟踪最佳的控制参数组合，当达到终止条件，优化算法终止，输出最优控制参数，包括最优转速、最优曝气量和最优抽停比。
综上所述，本申请实施例所提供的一种转盘式生物反应装置的自动控制方法及系统具有如下技术效果：
1.通过采集转盘单元、曝气单元、抽吸单元的控制参数范围，并进行模拟净化反应测试，获得多个控制参数的测试结果，为后续优化提供了基础数据；
2.通过分析膜通量和净化度测试结果，获取三个反应变化幅度信息，结合反应变化幅度信息和能耗变化幅度信息，计算获得三个优化幅度信息，为后续分布优化提供了指导；
3.通过构建分布优化函数和设置收敛条件，基于优化幅度信息对转速、曝气量和抽停比参数进行分布优化，获得相应的优化空间，利用能耗变化幅度信息构建集成优化函数，在优化空间内进行集成优化，获得最佳控制参数，从而实现对装置的优化和自动控制。
总的来说，该方法通过参数范围获取、模拟测试、反应变化幅度信息分析、优化幅度信息计算、分布优化空间获取以及集成优化等过程，解决了传统方法中存在的参数范围确定、分布优化和能耗改进方面的问题，并实现了装置性能的优化和自动化控制。
实施例二
基于与前述实施例中一种转盘式生物反应装置的自动控制方法相同的发明构思，如图2所示，本申请提供了一种转盘式生物反应装置的自动控制系统，所述系统应用于一转盘式生物反应装置，所述装置包括转盘单元、曝气单元、抽吸单元、分布优化单元和集成优化单元，所述系统包括：
参数范围获取模块10，所述参数范围获取模块10用于采集所述转盘单元、曝气单元、抽吸单元内进行控制的控制参数范围，获取转速范围、曝气量范围、抽停比范围；
控制参数抽取模块20，所述控制参数抽取模块20用于在所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围随机抽取满足分布要求的多个控制参数，进行模拟净化反应测试，获取三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集；
幅度信息获取模块30，所述幅度信息获取模块30用于根据三个膜通量测试结果集和三个净化测试结果集，分析获取三个反应变化幅度信息，根据三个能耗测试结果集，分析获取三个能耗变化幅度信息，结合所述三个反应变化幅度信息，计算获取三个优化幅度信息；
优化函数构建模块40，所述优化函数构建模块40用于根据所述三个优化幅度信息，设置获得三个分布优化收敛条件，并构建三个分布优化函数；
分布优化模块50，所述分布优化模块50用于通过分布优化单元，基于所述三个分布优化函数，对转速参数、曝气量参数、抽停比参数进行分布优化，直到满足三个分布优化收敛条件，获得转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间；
集成优化模块60，所述集成优化模块60用于通过集成优化单元，根据所述三个能耗变化幅度，构建集成优化函数，在所述转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间内进行集成优化，获得最优控制参数，对所述转盘式生物反应装置进行控制。
进一步而言，所述系统还包括控制参数获取模块，以执行如下操作步骤：
在所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围内随机抽取多个转速参数、多个曝气量参数、多个抽停比参数；
分别计算所述多个转速参数、多个曝气量参数、多个抽停比参数的均值，分别判断是否落入均匀转速区间、均匀曝气量区间、均匀抽停比区间内；
若是，则分别计算多个转速参数、多个曝气量参数、多个抽停比参数的分布性参数，判断三个分布性参数是否大于三个分布性阈值，若是，则获得满足分别要求的三个控制参数集，若否，则重新进行抽取。
进一步而言，所述系统还包括能耗测试结果获取模块，以执行如下操作步骤：
根据所述转盘式生物反应装置历史时间内的运行控制参数，获取历史平均转速、历史平均曝气量和历史平均抽停比；
采用所述历史平均转速、历史平均曝气量和历史平均抽停比，将当前进行净化的污水作为测试污水，结合多个控制参数进行模拟净化反应测试，并测试获得三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集。
进一步而言，所述系统还包括优化幅度信息获取模块，以执行如下操作步骤：
根据所述三个膜通量测试结果集和三个净化测试结果集内，计算获得三个膜通量变化幅度和三个净化变化幅度；
根据所述三个膜通量变化幅度和三个净化变化幅度，加权计算获得三个反应变化幅度信息；
根据三个能耗测试结果集，计算获得三个能耗变化幅度信息；
根据所述三个反应变化幅度信息和三个能耗变化幅度信息，计算获取三个优化幅度信息。
进一步而言，所述系统还包括分布优化函数获取模块，以执行如下操作步骤：
根据所述转盘式生物反应装置的控制历史数据记录，处理获取样本优化幅度信息阈值；
分别计算所述三个优化幅度信息与所述样本优化幅度信息阈值的比值，分别采用比值的倒数对预设优化收敛次数进行修正计算，获得三个修正优化收敛次数，作为三个分布优化收敛条件；
构建转速分布优化函数，如下式：
；
其中，rot为转速适应度，、/>和/>为权重，/>、/>和/>分别为对转速调整后转盘式生物反应装置的膜通量、净化度和能耗，/>、/>、/>为转盘式生物反应装置的历史平均膜通量、历史平均净化度和历史平均能耗，/>、/>和/>为三个膜通量变化幅度、三个净化变化幅度和三个能耗变化幅度信息内的第一膜通量变化幅度、第一净化变化幅度和第一能耗变化幅度信息与所述样本优化幅度信息阈值的比值；
继续构建获得曝气量分布优化函数和抽停比分布优化函数，作为三个分布优化函数。
进一步而言，所述系统还包括优化空间获取模块，以执行如下操作步骤：
在所述转速范围内，随机生成多个初始转速控制参数，构建初始的转速优化空间；
基于多个初始转速控制参数，结合历史平均曝气量和历史平均抽停比，进行模拟净化反应测试，并基于所述转速分布优化函数，计算获得多个初始转速适应度；
在所述转速范围内，对所述多个初始转速控制参数进行随机调整，获得多个更新转速控制参数，进行模拟净化反应测试，并计算获得多个更新转速适应度；
根据多个更新转速适应度和多个初始转速适应度进行判别，对初始的转速优化空间进行更新；
继续进行更新优化，直到达到第一分布优化收敛条件，获得所述转速优化空间；
优化获得所述曝气量优化空间、抽停比优化空间。
进一步而言，所述系统还包括参数调整模块，以执行如下操作步骤：
根据所述多个初始转速适应度的大小，计算获取多个初始调整概率，其中初始调整概率的大小与初始转速适应度的大小反相关；
按照所述多个初始调整概率，对多个初始转速控制参数进行选取和调整。
进一步而言，所述系统还包括最优控制参数获取模块，以执行如下操作步骤：
根据所述三个能耗变化幅度，构建集成优化函数，如下式：
;
其中，g为集成适应度，、/>和/>为权重，L、K、P分别为对转速、曝气量和抽停比进行调整后转盘式生物反应装置的膜通量、净化度和能耗，/>、/>、/>为转盘式生物反应装置的历史平均膜通量、历史平均净化度和历史平均能耗，C为三个能耗变化幅度的均值与所述样本优化幅度信息阈值的比值；
对所述转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间进行组合，获得集成寻优空间；
根据所述集成优化函数，在所述集成优化空间内进行集成控制参数的优化，获得所述最优控制参数，所述最优控制参数包括最优转速、最优曝气量和最优抽停比。
本说明书通过前述对一种转盘式生物反应装置的自动控制方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚得知道本实施例中一种转盘式生物反应装置的自动控制方法及系统，对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述得比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种转盘式生物反应装置的自动控制方法，其特征在于，所述自动控制方法应用于一转盘式生物反应装置，所述装置包括转盘单元、曝气单元、抽吸单元、分布优化单元和集成优化单元，所述方法包括：
采集所述转盘单元、曝气单元、抽吸单元内进行控制的控制参数范围，获取转速范围、曝气量范围、抽停比范围；
在所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围随机抽取满足分布要求的多个控制参数，进行模拟净化反应测试，获取三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集，所述分布要求为随机抽取范围的分布均匀性要求；
根据三个膜通量测试结果集和三个净化测试结果集，分析获取三个反应变化幅度信息，根据三个能耗测试结果集，分析获取三个能耗变化幅度信息，结合所述三个反应变化幅度信息，计算获取三个优化幅度信息；
根据所述三个优化幅度信息，设置获得三个分布优化收敛条件，并构建三个分布优化函数；
通过分布优化单元，基于所述三个分布优化函数，对转速参数、曝气量参数、抽停比参数进行分布优化，直到满足三个分布优化收敛条件，获得转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间；
通过集成优化单元，根据所述三个能耗变化幅度，构建集成优化函数，在所述转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间内进行集成优化，获得最优控制参数，对所述转盘式生物反应装置进行控制；
根据所述三个膜通量测试结果集和三个净化测试结果集，计算获得三个膜通量变化幅度和三个净化变化幅度，对于每个膜通量测试结果集中的数据，筛选出膜通量的最大值与最小值，计算最大值与最小值的差值，再将差值除以最大值再转化为百分比形式，即为膜通量变化幅度，以同样的方法计算获得净化变化幅度；
根据所述三个膜通量变化幅度和三个净化变化幅度，加权计算获得三个反应变化幅度信息，将膜通量变化幅度和净化变化幅度进行比较，通过综合分析，根据实际情况和优化目标，为所述三个膜通量变化幅度和三个净化变化幅度赋予适当的权重，根据权重将膜通量变化幅度和净化变化幅度进行加权求和，得到最终的三个反应变化幅度信息；
根据三个能耗测试结果集，计算获得三个能耗变化幅度信息，对于每个能耗测试结果集，比较能耗最大值与最小值的差，再计算差值与最大值的比值，获取三个能耗变化幅度信息；
根据所述三个反应变化幅度信息和三个能耗变化幅度信息，计算获取三个优化幅度信息，根据实际情况和优化目标，为能耗变化幅度和反应变化幅度赋予适当的权重，根据权重，将能耗变化幅度和反应变化幅度进行加权求和，或者计算均值，得到最终的优化幅度值；根据所述转盘式生物反应装置的控制历史数据记录，处理获取样本优化幅度信息阈值；
分别计算所述三个优化幅度信息与所述样本优化幅度信息阈值的比值，分别采用比值的倒数乘以预设优化收敛次数，获得三个修正优化收敛次数，作为三个分布优化收敛条件；
构建转速分布优化函数，如下式：
；
其中，rot为转速适应度，、/>和/>为权重，/>、/>和/>分别为对转速调整后转盘式生物反应装置的膜通量、净化度和能耗，/>、/>、/>为转盘式生物反应装置的历史平均膜通量、历史平均净化度和历史平均能耗，/>、/>和/>为三个膜通量变化幅度、三个净化变化幅度和三个能耗变化幅度信息内的第一膜通量变化幅度、第一净化变化幅度和第一能耗变化幅度信息与所述样本优化幅度信息阈值的比值；
继续构建获得曝气量分布优化函数和抽停比分布优化函数，作为三个分布优化函数；在所述转速范围内，随机生成多个初始转速控制参数，构建初始的转速优化空间；
基于多个初始转速控制参数，结合历史平均曝气量和历史平均抽停比，进行模拟净化反应测试，并基于所述转速分布优化函数，计算获得多个初始转速适应度；
在所述转速范围内，对所述多个初始转速控制参数进行随机调整，获得多个更新转速控制参数，进行模拟净化反应测试，并计算获得多个更新转速适应度；
根据多个更新转速适应度和多个初始转速适应度进行判别，对初始的转速优化空间进行更新；
继续进行更新优化，直到达到第一分布优化收敛条件，获得所述转速优化空间；
采用与所述转速优化空间相同的优化方法，优化获得所述曝气量优化空间、抽停比优化空间；
根据所述多个初始转速适应度的大小，计算获取多个初始调整概率，其中初始调整概率的大小与初始转速适应度的大小反相关；
按照所述多个初始调整概率，对多个初始转速控制参数进行选取和调整；
根据所述三个能耗变化幅度，构建集成优化函数，如下式：
;
其中，g为集成适应度，、/>和/>为权重，L、K、P分别为对转速、曝气量和抽停比进行调整后转盘式生物反应装置的膜通量、净化度和能耗，/>、/>、/>为转盘式生物反应装置的历史平均膜通量、历史平均净化度和历史平均能耗，C为三个能耗变化幅度的均值与所述样本优化幅度信息阈值的比值；
对所述转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间进行组合，获得集成寻优空间；
根据所述集成优化函数，在所述集成优化空间内进行集成控制参数的优化，获得所述最优控制参数，所述最优控制参数包括最优转速、最优曝气量和最优抽停比。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围内随机抽取多个转速参数、多个曝气量参数、多个抽停比参数；
分别计算所述多个转速参数、多个曝气量参数、多个抽停比参数的均值，分别判断是否落入均匀转速区间、均匀曝气量区间、均匀抽停比区间内；
若是，则分别计算多个转速参数、多个曝气量参数、多个抽停比参数的分布性参数，判断三个分布性参数是否大于三个分布性阈值，若是，则获得满足分别要求的三个控制参数集，若否，则重新进行抽取。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据所述转盘式生物反应装置历史时间内的运行控制参数，获取历史平均转速、历史平均曝气量和历史平均抽停比；
采用所述历史平均转速、历史平均曝气量和历史平均抽停比，将当前进行净化的污水作为测试污水，结合多个控制参数进行模拟净化反应测试，并测试获得三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集。
4.一种转盘式生物反应装置的自动控制系统，其特征在于，所述系统应用于一转盘式生物反应装置，所述装置包括转盘单元、曝气单元、抽吸单元、分布优化单元和集成优化单元，用于实施权利要求1-3任一项所述的一种转盘式生物反应装置的自动控制方法，包括：
参数范围获取模块，所述参数范围获取模块用于采集所述转盘单元、曝气单元、抽吸单元内进行控制的控制参数范围，获取转速范围、曝气量范围、抽停比范围；
控制参数抽取模块，所述控制参数抽取模块用于在所述转速范围、曝气量范围、抽停比范围随机抽取满足分布要求的多个控制参数，进行模拟净化反应测试，获取三个膜通量测试结果集、三个净化测试结果集和三个能耗测试结果集，所述分布要求为随机抽取范围的分布均匀性要求；
幅度信息获取模块，所述幅度信息获取模块用于根据三个膜通量测试结果集和三个净化测试结果集，分析获取三个反应变化幅度信息，根据三个能耗测试结果集，分析获取三个能耗变化幅度信息，结合所述三个反应变化幅度信息，计算获取三个优化幅度信息；
优化函数构建模块，所述优化函数构建模块用于根据所述三个优化幅度信息，设置获得三个分布优化收敛条件，并构建三个分布优化函数；
分布优化模块，所述分布优化模块用于通过分布优化单元，基于所述三个分布优化函数，对转速参数、曝气量参数、抽停比参数进行分布优化，直到满足三个分布优化收敛条件，获得转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间；
集成优化模块，所述集成优化模块用于通过集成优化单元，根据所述三个能耗变化幅度，构建集成优化函数，在所述转速优化空间、曝气量优化空间、抽停比优化空间内进行集成优化，获得最优控制参数，对所述转盘式生物反应装置进行控制。
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