基于自抗擾控制算法的3g無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及供水監(jiān)控系統(tǒng)和節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]自20世紀(jì)30年代以來，自動化技術(shù)獲得了驚人的成就，已在工業(yè)和國民經(jīng)濟各行各業(yè)起著關(guān)鍵的作用。自動化技術(shù)已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標(biāo)致，過程控制是自動化技術(shù)的重要組成部分。自抗擾控制器技術(shù)是發(fā)揚PID控制技術(shù)的精髓并吸取現(xiàn)代控制理論的成就，運用計算機仿真實驗結(jié)果和歸納和總結(jié)和綜合中探索而來的，是不依賴被控對象精確模型的、能夠替代PID控制技術(shù)的、新型實用數(shù)字控制技術(shù)。
[0003]隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們對供水質(zhì)量和供水系統(tǒng)可靠性的要求不斷提高，同時，傳統(tǒng)的恒速栗加壓供水，水塔高位水箱供水，氣壓罐供水等供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自動化程度不高等特點，難以滿足當(dāng)前經(jīng)濟生活的需要。再加上目前能源緊張，利用先進的自動化技術(shù)、控制技術(shù)以及通信技術(shù)，設(shè)計高性能、高節(jié)能、能適應(yīng)不同領(lǐng)域的供水系統(tǒng)必然成為趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自動化程度高、供水系統(tǒng)穩(wěn)定快速調(diào)節(jié)的基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，由傳感器、自抗擾控制器、變頻器、電動機、水栗、報警裝置、通訊網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心構(gòu)成，所述通訊網(wǎng)絡(luò)采用3G通訊網(wǎng)絡(luò)，所述傳感器連接自抗擾控制器，所述自抗擾控制器連接變頻器，所述變頻器連接電動機，所述電動機連接水栗，所述報警裝置連接自抗擾控制器，所述自抗擾控制器連接3G通訊網(wǎng)絡(luò)，所述3G通訊網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控中心。
[0006]而且，所述的自抗擾控制器由非線性跟蹤微分器、擴張狀態(tài)觀測器和非線性組合裝置構(gòu)成。
[0007]而且，所述的電動機為2-N組。
[0008]而且，所述的水栗為2-N個。
[0009]而且，所述的監(jiān)控中心包括3G網(wǎng)絡(luò)模塊、監(jiān)控主機和服務(wù)器。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是:
1、本發(fā)明采用的自抗擾控制器，其采用“觀測+補償”的方法來處理控制系統(tǒng)中的非線性與不確定性，同時配合非線性的反饋方式，提高控制器的動態(tài)性能；并且自抗擾控制器算法簡單、易于實現(xiàn)、精度高、速度快和抗擾能力強；同時統(tǒng)一處理確定系統(tǒng)和不確定系統(tǒng)的控制問題；擾動抑制不需外擾模型或者外擾是否直觀；控制算法不需辨識控制對象；統(tǒng)一處理非線性和線性系統(tǒng)；可以進行時滯系統(tǒng)控制；解耦控制秩序考慮靜態(tài)耦合，不用考慮動態(tài)耦合等。
[0011]2、本發(fā)明根據(jù)變頻調(diào)速供水方式的節(jié)能原理，利用自抗擾控制算法，基于時用水量預(yù)測的分時變壓供水方式；應(yīng)用時間序列分析的預(yù)測方法對時用水量進行預(yù)測，利用對某小區(qū)歷史時用水量進行仿真預(yù)測分析，通過誤差分析可知這種預(yù)測方法滿足供水系統(tǒng)的工程需要，然后依據(jù)預(yù)測值和管網(wǎng)特性設(shè)定出水口供水壓力，并分析理論節(jié)能效果；利用對供水系統(tǒng)模型辨識及PID控制器參數(shù)整定做了相關(guān)研究自抗擾控制算法，保證了供水系統(tǒng)的穩(wěn)定快速調(diào)節(jié)。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述:
一種基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1所示，一種基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，由傳感器、自抗擾控制器、變頻器、電動機、水栗、報警裝置、通訊網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心構(gòu)成，所述通訊網(wǎng)絡(luò)采用3G通訊網(wǎng)絡(luò)，所述傳感器連接自抗擾控制器，所述自抗擾控制器連接變頻器，所述變頻器連接電動機，所述電動機連接水栗，所述報警裝置連接自抗擾控制器，所述自抗擾控制器連接3G通訊網(wǎng)絡(luò)，所述3G通訊網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控中心。所述的自抗擾控制器由非線性跟蹤微分器、擴張狀態(tài)觀測器和非線性組合裝置構(gòu)成；所述的電動機為2-N組；所述的水栗為2-N個；所述的監(jiān)控中心包括3G網(wǎng)絡(luò)模塊、監(jiān)控主機和服務(wù)器。
[0014]結(jié)合附圖，闡述本發(fā)明的工作原理:
系統(tǒng)通電，按照接收到的有效的自抗擾控制器啟動信號后，首先通過液位傳感器檢測蓄水池水位和設(shè)定水位值之間的差值，若蓄水池水位高于設(shè)定水位，則通過報警裝置進行報警，否則，啟動變頻器，拖動電動機，開啟水栗。根據(jù)用戶管網(wǎng)實際壓力和設(shè)定壓力的誤差調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，控制水栗的轉(zhuǎn)速，當(dāng)輸出壓力達到設(shè)定值，其供水量與用水量相平衡時，水栗功能的轉(zhuǎn)速才穩(wěn)定到某一定值，這期間水栗工作在調(diào)速運行狀態(tài)。
[0015]當(dāng)水量繼續(xù)增加，變頻器的輸出頻率達到上限頻率時，若此時用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達到設(shè)定壓力，并且已滿足增加水栗的條件時，在變頻循環(huán)式的控制方式下，系統(tǒng)將電動機切換至工頻電網(wǎng)供電后，水栗恒速運行，同時啟動另一個電動機，使第二臺水栗投入變頻器并變速運行，系統(tǒng)恢復(fù)對水的閉環(huán)調(diào)節(jié)，直到水壓達到設(shè)定值為止。如果用水量繼續(xù)增加，變頻器輸出頻率達到上限頻率時，壓力仍未達到設(shè)定值時，此時系統(tǒng)就會發(fā)出水壓超限報警。
[0016]當(dāng)用水量下降水壓升高，變頻器的輸出頻率下降至下限頻率，用戶管網(wǎng)的實際壓力還未達到設(shè)定壓力值，并且滿足減少水栗的條件時，系統(tǒng)將上次轉(zhuǎn)換成工頻運行的水栗關(guān)掉，恢復(fù)對水壓的閉環(huán)調(diào)節(jié)，使壓力重新達到設(shè)定值。當(dāng)用水量繼續(xù)下降，并且滿足減少水栗的條件時，將繼續(xù)發(fā)生如上轉(zhuǎn)換，直至剩下一臺變頻栗運行為止。
[0017]自抗擾控制器利用非線性跟蹤微分器為參數(shù)輸入安排過渡過程，得到光滑的輸入信號，并提取其微分信號。擴張狀態(tài)觀測器是自抗擾控制器的核心，采用雙通道補償?shù)姆椒ǜ脑鞂ο竽Ｐ停瑢⒎蔷€性、不確定的系統(tǒng)近似線性化和確定性化。利用擴張狀態(tài)觀測器對對象進行估計，不僅能得到各個狀態(tài)變量的估計，而且能得到對象方程右端估計，即擾動估
i+o
[0018]考慮到無線傳輸?shù)膬?yōu)點及監(jiān)控中心距水源井的距離，設(shè)計中采用無線方式進行通訊?，F(xiàn)在無線通訊方式主要有拓頻電臺、數(shù)傳電臺等專用無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)以及CDHXGSM、CDMA等公用網(wǎng)信息平臺。從現(xiàn)場特點以及經(jīng)濟型等方面綜合考慮，本系統(tǒng)采用3G網(wǎng)絡(luò)作為無線通訊方式。
[0019]本發(fā)明采用基于時用水量預(yù)測的分時變壓供水方式；應(yīng)用時間序列分析的預(yù)測方法對時用水量進行預(yù)測，利用對某小區(qū)歷史時用水量進行仿真預(yù)測分析，通過誤差分析可知這種預(yù)測方法滿足供水系統(tǒng)的工程需要，然后依據(jù)預(yù)測值和管網(wǎng)特性設(shè)定出水口供水壓力，并分析理論節(jié)能效果。為了保證供水系統(tǒng)的穩(wěn)定快速調(diào)節(jié)，本文應(yīng)用自抗擾控制算法比較，通過觀察響應(yīng)曲線，其辨識精度更高，整定效果更好。
[0020]需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于【具體實施方式】中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:由傳感器、自抗擾控制器、變頻器、電動機、水栗、報警裝置、通訊網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心構(gòu)成，所述通訊網(wǎng)絡(luò)采用3G通訊網(wǎng)絡(luò)，所述傳感器連接自抗擾控制器，所述自抗擾控制器連接變頻器，所述變頻器連接電動機，所述電動機連接水栗，所述報警裝置連接自抗擾控制器，所述自抗擾控制器連接3G通訊網(wǎng)絡(luò)，所述3G通訊網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控中心。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的自抗擾控制器由非線性跟蹤微分器、擴張狀態(tài)觀測器和非線性組合裝置構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的電動機為2-N組。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的水栗為2-N個。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于:所述的監(jiān)控中心包括3G網(wǎng)絡(luò)模塊、監(jiān)控主機和服務(wù)器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于自抗擾控制算法的3G無線供水節(jié)能監(jiān)控系統(tǒng)，涉及供水監(jiān)控系統(tǒng)和節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，由傳感器、自抗擾控制器、變頻器、電動機、水泵、報警裝置、通訊網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心構(gòu)成，所述通訊網(wǎng)絡(luò)采用3G通訊網(wǎng)絡(luò)，所述傳感器連接自抗擾控制器，所述自抗擾控制器連接變頻器，所述變頻器連接電動機，所述電動機連接水泵，所述報警裝置連接自抗擾控制器，所述自抗擾控制器連接3G通訊網(wǎng)絡(luò)，所述3G通訊網(wǎng)絡(luò)連接監(jiān)控中心。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計合理，是一種自動化程度高、供水系統(tǒng)能夠穩(wěn)定快速地調(diào)節(jié)。
【IPC分類】G05B19/418
【公開號】CN105676791
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】毛振剛
【申請人】天津銀箭科技有限公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2014年11月17日