基于自抗扰控制算法的3g无线供水节能监控系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及供水监控系统和节能技术领域，特别是一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统。
【背景技术】
[0002]自20世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。自动化技术已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标致，过程控制是自动化技术的重要组成部分。自抗扰控制器技术是发扬PID控制技术的精髓并吸取现代控制理论的成就，运用计算机仿真实验结果和归纳和总结和综合中探索而来的，是不依赖被控对象精确模型的、能够替代PID控制技术的、新型实用数字控制技术。
[0003]随着社会经济的迅速发展，人们对供水质量和供水系统可靠性的要求不断提高，同时，传统的恒速栗加压供水，水塔高位水箱供水，气压罐供水等供水方式普遍不同程度的存在效率低、可靠性差、自动化程度不高等特点，难以满足当前经济生活的需要。再加上目前能源紧张，利用先进的自动化技术、控制技术以及通信技术，设计高性能、高节能、能适应不同领域的供水系统必然成为趋势。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动化程度高、供水系统稳定快速调节的基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统。
[0005]本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，由传感器、自抗扰控制器、变频器、电动机、水栗、报警装置、通讯网络和监控中心构成，所述通讯网络采用3G通讯网络，所述传感器连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接变频器，所述变频器连接电动机，所述电动机连接水栗，所述报警装置连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接3G通讯网络，所述3G通讯网络连接监控中心。
[0006]而且，所述的自抗扰控制器由非线性跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性组合装置构成。
[0007]而且，所述的电动机为2-N组。
[0008]而且，所述的水栗为2-N个。
[0009]而且，所述的监控中心包括3G网络模块、监控主机和服务器。
[0010]本发明的优点和积极效果是:
1、本发明采用的自抗扰控制器，其采用“观测+补偿”的方法来处理控制系统中的非线性与不确定性，同时配合非线性的反馈方式，提高控制器的动态性能；并且自抗扰控制器算法简单、易于实现、精度高、速度快和抗扰能力强；同时统一处理确定系统和不确定系统的控制问题；扰动抑制不需外扰模型或者外扰是否直观；控制算法不需辨识控制对象；统一处理非线性和线性系统；可以进行时滞系统控制；解耦控制秩序考虑静态耦合，不用考虑动态耦合等。
[0011]2、本发明根据变频调速供水方式的节能原理，利用自抗扰控制算法，基于时用水量预测的分时变压供水方式；应用时间序列分析的预测方法对时用水量进行预测，利用对某小区历史时用水量进行仿真预测分析，通过误差分析可知这种预测方法满足供水系统的工程需要，然后依据预测值和管网特性设定出水口供水压力，并分析理论节能效果；利用对供水系统模型辨识及PID控制器参数整定做了相关研究自抗扰控制算法，保证了供水系统的稳定快速调节。
【附图说明】
[0012]图1是本发明实施例的系统结构框图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图对本发明实施例做进一步详述:
一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，如图1所示，一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，由传感器、自抗扰控制器、变频器、电动机、水栗、报警装置、通讯网络和监控中心构成，所述通讯网络采用3G通讯网络，所述传感器连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接变频器，所述变频器连接电动机，所述电动机连接水栗，所述报警装置连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接3G通讯网络，所述3G通讯网络连接监控中心。所述的自抗扰控制器由非线性跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性组合装置构成；所述的电动机为2-N组；所述的水栗为2-N个；所述的监控中心包括3G网络模块、监控主机和服务器。
[0014]结合附图，阐述本发明的工作原理:
系统通电，按照接收到的有效的自抗扰控制器启动信号后，首先通过液位传感器检测蓄水池水位和设定水位值之间的差值，若蓄水池水位高于设定水位，则通过报警装置进行报警，否则，启动变频器，拖动电动机，开启水栗。根据用户管网实际压力和设定压力的误差调节变频器的输出频率，控制水栗的转速，当输出压力达到设定值，其供水量与用水量相平衡时，水栗功能的转速才稳定到某一定值，这期间水栗工作在调速运行状态。
[0015]当水量继续增加，变频器的输出频率达到上限频率时，若此时用户管网的实际压力还未达到设定压力，并且已满足增加水栗的条件时，在变频循环式的控制方式下，系统将电动机切换至工频电网供电后，水栗恒速运行，同时启动另一个电动机，使第二台水栗投入变频器并变速运行，系统恢复对水的闭环调节，直到水压达到设定值为止。如果用水量继续增加，变频器输出频率达到上限频率时，压力仍未达到设定值时，此时系统就会发出水压超限报警。
[0016]当用水量下降水压升高，变频器的输出频率下降至下限频率，用户管网的实际压力还未达到设定压力值，并且满足减少水栗的条件时，系统将上次转换成工频运行的水栗关掉，恢复对水压的闭环调节，使压力重新达到设定值。当用水量继续下降，并且满足减少水栗的条件时，将继续发生如上转换，直至剩下一台变频栗运行为止。
[0017]自抗扰控制器利用非线性跟踪微分器为参数输入安排过渡过程，得到光滑的输入信号，并提取其微分信号。扩张状态观测器是自抗扰控制器的核心，采用双通道补偿的方法改造对象模型，将非线性、不确定的系统近似线性化和确定性化。利用扩张状态观测器对对象进行估计，不仅能得到各个状态变量的估计，而且能得到对象方程右端估计，即扰动估
i+o
[0018]考虑到无线传输的优点及监控中心距水源井的距离，设计中采用无线方式进行通讯。现在无线通讯方式主要有拓频电台、数传电台等专用无线数据传输系统以及CDHXGSM、CDMA等公用网信息平台。从现场特点以及经济型等方面综合考虑，本系统采用3G网络作为无线通讯方式。
[0019]本发明采用基于时用水量预测的分时变压供水方式；应用时间序列分析的预测方法对时用水量进行预测，利用对某小区历史时用水量进行仿真预测分析，通过误差分析可知这种预测方法满足供水系统的工程需要，然后依据预测值和管网特性设定出水口供水压力，并分析理论节能效果。为了保证供水系统的稳定快速调节，本文应用自抗扰控制算法比较，通过观察响应曲线，其辨识精度更高，整定效果更好。
[0020]需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于【具体实施方式】中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
【主权项】
1.一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，其特征在于:由传感器、自抗扰控制器、变频器、电动机、水栗、报警装置、通讯网络和监控中心构成，所述通讯网络采用3G通讯网络，所述传感器连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接变频器，所述变频器连接电动机，所述电动机连接水栗，所述报警装置连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接3G通讯网络，所述3G通讯网络连接监控中心。2.根据权利要求1所述的基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，其特征在于:所述的自抗扰控制器由非线性跟踪微分器、扩张状态观测器和非线性组合装置构成。3.根据权利要求1所述的基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，其特征在于:所述的电动机为2-N组。4.根据权利要求1所述的基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，其特征在于:所述的水栗为2-N个。5.根据权利要求1所述的基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，其特征在于:所述的监控中心包括3G网络模块、监控主机和服务器。
【专利摘要】本发明公开了一种基于自抗扰控制算法的3G无线供水节能监控系统，涉及供水监控系统和节能技术领域，由传感器、自抗扰控制器、变频器、电动机、水泵、报警装置、通讯网络和监控中心构成，所述通讯网络采用3G通讯网络，所述传感器连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接变频器，所述变频器连接电动机，所述电动机连接水泵，所述报警装置连接自抗扰控制器，所述自抗扰控制器连接3G通讯网络，所述3G通讯网络连接监控中心。本发明结构简单，设计合理，是一种自动化程度高、供水系统能够稳定快速地调节。
【IPC分类】G05B19/418
【公开号】CN105676791
【申请号】
【发明人】毛振刚
【申请人】天津银箭科技有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2014年11月17日