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专利号: 2025102316007
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种微纳米气泡发生器的控制方法,其特征在于,该方法的步骤包括:在有机污染物的水处理过程中,获取微纳米气泡发生器的湍流强度、气泡界面强度和氧化自由基浓度的监测数据;

基于所述监测数据,在判断出当前的系统状态偏离预设的目标系统状态时,生成控制决策信息;

根据所述控制决策信息,控制微纳米气泡发生器的振动频率、气体流量参数以及界面活性剂的注入量,以在0.5‑1.2m/s的流速梯度下实现微纳米气泡的界面稳定性控制和氧化自由基的稳定输出;

所述根据所述控制决策信息,控制微纳米气泡发生器的振动频率、气体流量参数的以及界面活性剂的注入量步骤包括:获取所述微纳米气泡发生器的振动频率、气体流量以及界面活性剂注入量的变化率;

判断所述变化率是否超出预设阈值范围;

当任一变化率超出所述预设阈值范围时,按照预设的缓冲调节策略对相应参数进行分段调节,其中每一段的调节幅度不超过该参数当前值的预设百分比。

2.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡发生器的控制方法,其特征在于,所述当任一变化率超出所述预设阈值范围时,按照预设的缓冲调节策略对相应参数进行分段调节,其中每一段的调节幅度不超过该参数当前值的预设百分比的步骤包括:获取所述微纳米气泡发生器的振动频率、气体流量以及界面活性剂注入量在每个分段调节时间点的实际值;

基于相邻两个分段调节时间点的实际值,计算参数变化趋势;

当检测到参数变化趋势出现反向波动时,将当前分段的调节幅度降低至原调节幅度的一半,使每一段的调节幅度不超过该参数当前值的预设百分比,直至完成所需的参数调节。

3.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡发生器的控制方法,其特征在于,所述按照预设的缓冲调节策略对相应参数进行分段调节,其中每一段的调节幅度不超过该参数当前值的预设百分比的步骤包括:基于所述微纳米气泡发生器的振动频率、气体流量以及界面活性剂注入量的当前调节方向,计算与预设目标值之间的差值;

根据所述差值的大小动态设置分段数量,其中差值越大分段数量越多,以在保证调节平稳性的同时优化调节效率;

将所述差值按照设置的分段数量进行均匀划分,得到每段的调节步长,并使每一段的调节幅度不超过该参数当前值的预设百分比;

按照所述调节步长依次对相应参数进行调节,直至完成所需的参数调节。

4.根据权利要求2所述的一种微纳米气泡发生器的控制方法,其特征在于,所述当检测到参数变化趋势出现反向波动时,将当前分段的调节幅度降低至原调节幅度的一半,并且使每一段的调节幅度不超过该参数当前值的预设百分比,直至完成所需的参数调节的步骤包括:获取所述参数在连续三个时间点的实际值;

计算所述连续三个时间点中相邻两个时间点的参数变化率;

当第二个时间点与第三个时间点之间的参数变化率与第一个时间点和第二个时间点之间的参数变化率相反,且两个参数变化率的绝对值之差超过预设阈值时,判定出现反向波动;

基于判定结果,在出现反向波动时将当前分段的调节幅度降低至原调节幅度的一半,并且使每一段的调节幅度不超过该参数当前值的预设百分比,直至完成所需的参数调节。

5.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡发生器的控制方法,其特征在于,所述基于所述监测数据,在判断出当前的系统状态偏离预设的目标系统状态时,生成控制决策信息的步骤包括:基于所述监测数据,计算当前系统状态与目标系统状态之间的偏差值;

当所述偏差值超过预设阈值时,判断所述偏差值的变化趋势;

根据所述偏差值的变化趋势,在偏差值持续增大时,生成用于快速响应的控制决策信息,在偏差值波动变化时,生成用于稳定调节的控制决策信息,以在不同场景下实现系统状态的精确控制。

6.根据权利要求5所述的一种微纳米气泡发生器的控制方法,其特征在于,所述在偏差值持续增大时,生成用于快速响应的控制决策信息的步骤包括:计算偏差值的增长速率;

当所述增长速率超过第一预设阈值时,生成用于调整多个控制参数的快速响应控制决策信息;

当所述增长速率未超过第一预设阈值但超过第二预设阈值时,生成用于调整单个主要控制参数的快速响应控制决策信息;

其中,所述多个控制参数包括微纳米气泡发生器的振动频率、气体流量和界面活性剂注入量,所述单个主要控制参数为对当前系统状态影响最大的参数。

7.根据权利要求5所述的一种微纳米气泡发生器的控制方法,其特征在于,所述在偏差值波动变化时,生成用于稳定调节的控制决策信息的步骤包括:计算连续多个时间点的偏差值波动周期和波动幅度;

当所述波动周期小于第一预设时间阈值且波动幅度大于第一预设幅度阈值时,生成用于降低控制参数调节频率的稳定调节控制决策信息;

当所述波动周期大于所述第一预设时间阈值且波动幅度不大于所述第一预设幅度阈值时,生成用于提高控制参数调节频率的稳定调节控制决策信息;

所述控制参数包括微纳米气泡发生器的振动频率、气体流量和界面活性剂注入量。

8.根据权利要求1所述的一种微纳米气泡发生器的控制方法,其特征在于,所述基于所述监测数据,在判断出当前的系统状态偏离预设的目标系统状态时,生成控制决策信息的步骤包括:将系统状态参数湍流强度s1、气泡界面强度s2和氧化自由基浓度s3组成系统状态向量S(t),将目标系统状态参数 和 组成目标状态向量 ;

计算状态偏差向量 ,并计算偏差向量的时间导数dE(t)/dt和积分∫E(t)dt;

基于激活函数tanh(x),计算控制决策向量D(E,t)=[d1(t),d2(t),d3(t)],其中:;

为时变比例系数矩阵;

为时变微分系数矩阵;

C为积分系数矩阵;

构建多目标优化函数

其中Q和R为对角权重矩阵;

基于所述多目标优化函数,在满足0.5‑1.2m/s流速约束条件下,计算最优控制决策向量,其中控制参数调整量。

9.一种微纳米气泡发生器的控制装置,用于执行权利要求1‑8任一项所述的方法,其特征在于,该装置包括:获取模块,用于在有机污染物的水处理过程中,获取微纳米气泡发生器的湍流强度、气泡界面强度和氧化自由基浓度的监测数据;

生成模块,用于基于所述监测数据,在判断出当前的系统状态偏离预设的目标系统状态时,生成控制决策信息;

控制模块,用于根据所述控制决策信息,控制微纳米气泡发生器的振动频率、气体流量参数以及界面活性剂的注入量,以在0.5‑1.2m/s的流速梯度下实现微纳米气泡的界面稳定性控制和氧化自由基的稳定输出。