1.本发明属于自动控制领域，尤其涉及一种梯级泵站前池水位调节速率的控制方法和系统。
背景技术：
2.单级泵站是由若干个水泵机组和一个前池组成，而梯级泵站则是由多个泵站串联一起，形成一个长距离输水工程，最终供水到水厂。
3.各级泵站会抽取各级前池的水输送给下一级前池，抽取的水量称为出水量qi，给前池的水量称为入水量。需要注意的是，在抽取的过程中，可能会遇到分水口，从而流失一部分水量，这部分水量称为分水量oi。由此可得，入水量为{q
i-oi}。最后一级前池会供水给水厂，此级流出的水量称为供水量a。调节前各级前池的水位称为初始水位h
if
，控制过程中的水位称为当前水位hi，期望达到某个高度的水位称为控制水位h
i0
(i＝1,2,
…
,n)。
4.梯级泵站前池水位控制的核心任务，是对各级前池的水位进行调节，确保前池水位保持在一个可控范围内。然而，由于梯级泵站前后级联，在对某一级泵站的前池水位进行调节的过程中，泵站水量的变化往往对上下级泵站的水位造成影响，使得使用者难以根据意愿对特定的一级或多级泵站的前池水位进行随意调节。
技术实现要素：
5.为解决上述技术问题，本发明提出一种梯级泵站前池水位调节速率的控制方法的技术方案，以解决上述技术问题。
6.本发明第一方面公开了一种梯级泵站前池水位调节速率的控制方法，所述方法包括：
7.步骤s1、根据各级泵站的前池的控制水位，设定各级泵站的前池水位的调节速率；
8.步骤s2、采集水厂需求的供水量；由第n级泵站开始，采集各级泵站的分水口的分水量；
9.步骤s3、根据所述各级泵站的前池水位的调节速率、各级泵站的分水口的分水量和水厂需求的供水量，计算各级泵站出水量控制器的控制量；
10.步骤s4、以所述各级泵站出水量控制器的控制量作为各级泵站出水量的设定值。
11.根据本发明第一方面的方法，在所述步骤s1中，所述根据各级前池的控制水位，设定各级泵站前池水位的调节速率的方法包括：
[0012][0013]
其中，vn：第n级泵站的前池水位的调节速率；
[0014]hnf
：第n级泵站的前池的初始水位；
[0015]hn0
：第n级泵站的前池的控制水位；
[0016]
δt：某一个时间段，人为设定。
[0017]
根据本发明第一方面的方法，在所述步骤s3中，所述根据所述各级泵站的前池水位的调节速率、各级泵站的分水口的分水量和水厂需求的供水量，计算各级泵站出水量控制器的控制量的方法包括：
[0018]
以水厂需求的供水量作为第n级泵站的后一级泵站的出水量控制器的控制量；前一级泵站根据反馈的后一级泵站的出水量控制器的控制量、所述前一级泵站的分水口的分水量和前池水位的调节速率，计算出水量控制器的控制量。
[0019]
根据本发明第一方面的方法，在所述步骤s3中，所述以水厂需求的供水量作为第n级泵站的后一级泵站的出水量控制器的控制量；前一级泵站根据反馈的后一级泵站的出水量控制器的控制量、所述前一级泵站的分水口的分水量和前池水位的调节速率，计算出水量控制器的控制量的方法包括：
[0020][0021]
其中，un：第n级泵站的前池的控制输入；
[0022]
sn：第n级泵站的前池的横截面积；
[0023]vn
：第n级泵站的前池水位的调节速率；
[0024]on
：第n级泵站的分水口的分水量；
[0025]
a：水厂需求的供水量。
[0026]
本发明第二方面公开了一种梯级泵站前池水位调节速率的控制系统，所述系统包括：
[0027]
第一处理模块，被配置为，根据各级泵站的前池的控制水位，设定各级泵站的前池
水位的调节速率；
[0028]
第二处理模块，被配置为，采集水厂需求的供水量；由第n级泵站开始，采集各级泵站的分水口的分水量；
[0029]
第三处理模块，被配置为，根据所述各级泵站的前池水位的调节速率、各级泵站的分水口的分水量和水厂需求的供水量，计算各级泵站出水量控制器的控制量；
[0030]
第四处理模块，被配置为，以所述各级泵站出水量控制器的控制量作为各级泵站出水量的设定值。
[0031]
根据本发明第二方面的系统，所述第一处理模块，被配置为，根据各级前池的控制水位，设定各级泵站前池水位的调节速率包括：
[0032][0033]
其中，vn：第n级泵站的前池水位的调节速率；
[0034]hnf
：第n级泵站的前池的初始水位；
[0035]hn0
：第n级泵站的前池的控制水位；
[0036]
δt：某一个时间段，人为设定。
[0037]
根据本发明第二方面的系统，所述第三处理模块，被配置为，所述根据所述各级泵站的前池水位的调节速率、各级泵站的分水口的分水量和水厂需求的供水量，计算各级泵站出水量控制器的控制量包括：
[0038]
以水厂需求的供水量作为第n级泵站的后一级泵站的出水量控制器的控制量；前一级泵站根据反馈的后一级泵站的出水量控制器的控制量、所述前一级泵站的分水口的分水量和前池水位的调节速率，计算出水量控制器的控制量。
[0039]
根据本发明第二方面的系统，所述第三处理模块，被配置为，所述以水厂需求的供水量作为第n级泵站的后一级泵站的出水量控制器的控制量；前一级泵站根据反馈的后一级泵站的出水量控制器的控制量、所述前一级泵站的分水口的分水量和前池水位的调节速率，计算出水量控制器的控制量包括：
[0040][0041]
其中，un：第n级泵站的前池的控制输入；
[0042]
sn：第n级泵站的前池的横截面积；
[0043]vn
：第n级泵站的前池水位的调节速率；
[0044]on
：第n级泵站的分水口的分水量；
[0045]
a：水厂需求的供水量。
[0046]
本发明第三方面公开了一种电子设备。电子设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现本公开第一方面中任一项的一种梯级泵站前池水位调节速率的控制方法中的步骤。
[0047]
本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现本公开第一方面中任一项的一种梯级泵站前池水位调节速率的控制方法中的步骤。
[0048]
综上，本发明提出的方案能够使用者对梯级泵站中特定的一级或多级的前池水位，按所需要的变化率需要进行调节，而不对其他级泵站的运行造成影响，确保梯级泵站各级的平稳运行。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]
图1为根据本发明实施例的一种梯级泵站前池水位调节速率的控制方法的流程图；
[0051]
图2为根据本发明实施例的五级泵站示例示意图；
[0052]
图3为根据本发明实施例的五级泵站前池的水位控制回路图；
[0053]
图4为根据本发明实施例的一种梯级泵站前池水位调节速率的控制系统的结构图；
[0054]
图5为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图。
具体实施方式
[0055]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例只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做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。
[0056]
本发明第一方面公开了一种梯级泵站前池水位调节速率的控制方法。图1为根据本发明实施例的一种梯级泵站前池水位调节速率的控制方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：
[0057]
步骤s1、根据各级泵站的前池的控制水位，设定各级泵站的前池水位的调节速率；
[0058]
步骤s2、采集水厂需求的供水量；由第n级泵站开始，采集各级泵站的分水口的分水量；
[0059]
步骤s3、根据所述各级泵站的前池水位的调节速率、各级泵站的分水口的分水量和水厂需求的供水量，计算各级泵站出水量控制器的控制量；
[0060]
步骤s4、以所述各级泵站出水量控制器的控制量作为各级泵站出水量的设定值。
[0061]
在步骤s1，根据各级泵站的前池的控制水位，设定各级泵站的前池水位的调节速率。
[0062]
在一些实施例中，在所述步骤s1中，所述根据各级前池的控制水位，设定各级泵站前池水位的调节速率的方法包括：
[0063][0064]
其中，vn：第n级泵站的前池水位的调节速率；
[0065]hnf
：第n级泵站的前池的初始水位；
[0066]hn0
：第n级泵站的前池的控制水位；
[0067]
δt：某一个时间段，人为设定。
[0068]
具体地，通过传感器等手段获取各级泵站的前池的初始水位{h
1f
,h
2f
,
…
,h
nf
}和各级泵站的前池的控制水位{h
10
,h
20
,
…
,h
n0
}；设定某一个时间段δt。如图2所示，以五级泵站为例，时间段为{300}(s)、各级泵站的前池的的初始水位{49.6,56.8,94.75,64.65,58.8}(m)、各级泵站的前池的控制水位{49.7,56.8,94.7,64.7,58.8}(m)。
[0069]
计算各级泵站的前池的控制水位与初始水位的距离。距离误差为控制水位和初始水位的差值{0.1,0,-0.05,0.05,0}(m)，这说明1级泵站的前池、3级泵站的前池和4级泵站的前池的水位分别需要上升0.1(m)、下降0.05(m)和上升0.05(m)，2级泵站的前池和5级泵站的前池的水位不需要调节。
[0070]
各级泵站前池水位的调节速率可设定为；
[0071]
{0.000333,0,-0.000167,0.000167,0}(m/s)。
[0072]
在步骤s2，采集水厂需求的供水量；由第n级泵站开始，采集各级泵站的分水口的分水量。
[0073]
具体地，如图2所示，以五级泵站为例，各级泵站的分水口的分水量为{0,0,0,0,0}(m3/s)，提供给水厂的供水量0.7(m3/s)，各级泵站的前池的横截面积{700,650,670,700,650}(m2)。
[0074]
在步骤s3，根据所述各级泵站的前池水位的调节速率、各级泵站的分水口的分水量和水厂需求的供水量，计算各级泵站出水量控制器的控制量。
[0075]
在一些实施例中，在所述步骤s3中，所述根据所述各级泵站的前池水位的调节速率、各级泵站的分水口的分水量和水厂需求的供水量，计算各级泵站出水量控制器的控制量的方法包括：
[0076]
以水厂需求的供水量作为第n级泵站的后一级泵站的出水量控制器的控制量；前一级泵站根据反馈的后一级泵站的出水量控制器的控制量、所述前一级泵站的分水口的分水量和前池水位的调节速率，计算出水量控制器的控制量。
[0077]
所述以水厂需求的供水量作为第n级泵站的后一级泵站的出水量控制器的控制量；前一级泵站根据反馈的后一级泵站的出水量控制器的控制量、所述前一级泵站的分水口的分水量和前池水位的调节速率，计算出水量控制器的控制量的方法包括：
[0078][0079]
其中，un：第n级泵站的前池的控制输入；
[0080]
sn：第n级泵站的前池的横截面积；
[0081]vn
：第n级泵站的前池水位的调节速率；
[0082]on
：第n级泵站的分水口的分水量；
[0083]
a：水厂需求的供水量。
[0084]
具体地，可以计算出各级泵站的水量控制器的控制量的为{0.938,0.705,0.705,0.817,0.7}(m3/s)；控制回路图如图3所示。
[0085]
综上，本发明提出的方案能够使用者对梯级泵站中特定的一级或多级的前池水位，按所需要的变化率需要进行调节，而不对其他级泵站的运行造成影响，确保梯级泵站各级的平稳运行。
[0086]
本发明第二方面公开了一种梯级泵站前池水位调节速率的控制系统。图4为根据本发明实施例的一种梯级泵站前池水位调节速率的控制系统的结构图；如图4所示，所述系统100包括：
[0087]
第一处理模块101，被配置为，根据各级泵站的前池的控制水位，设定各级泵站的
前池水位的调节速率；
[0088]
第二处理模块102，被配置为，采集水厂需求的供水量；由第n级泵站开始，采集各级泵站的分水口的分水量；
[0089]
第三处理模块103，被配置为，根据所述各级泵站的前池水位的调节速率、各级泵站的分水口的分水量和水厂需求的供水量，计算各级泵站出水量控制器的控制量；
[0090]
第四处理模块104，被配置为，以所述各级泵站出水量控制器的控制量作为各级泵站出水量的设定值。
[0091]
根据本发明第二方面的系统，所述第一处理模块101，被配置为，根据各级前池的控制水位，设定各级泵站前池水位的调节速率包括：
[0092][0093]
其中，vn：第n级泵站的前池水位的调节速率；
[0094]hnf
：第n级泵站的前池的初始水位；
[0095]hn0
：第n级泵站的前池的控制水位；
[0096]
δt：某一个时间段，人为设定。
[0097]
根据本发明第二方面的系统，所述第三处理模块103，被配置为，所述根据所述各级泵站的前池水位的调节速率、各级泵站的分水口的分水量和水厂需求的供水量，计算各级泵站出水量控制器的控制量包括：
[0098]
以水厂需求的供水量作为第n级泵站的后一级泵站的出水量控制器的控制量；前一级泵站根据反馈的后一级泵站的出水量控制器的控制量、所述前一级泵站的分水口的分水量和前池水位的调节速率，计算出水量控制器的控制量。
[0099]
根据本发明第二方面的系统，所述第三处理模块103，被配置为，所述以水厂需求的供水量作为第n级泵站的后一级泵站的出水量控制器的控制量；前一级泵站根据反馈的后一级泵站的出水量控制器的控制量、所述前一级泵站的分水口的分水量和前池水位的调节速率，计算出水量控制器的控制量包括：
[0100][0101]
其中，un：第n级泵站的前池的控制输入；
[0102]
sn：第n级泵站的前池的横截面积；
[0103]vn
：第n级泵站的前池水位的调节速率；
[0104]on
：第n级泵站的分水口的分水量；
[0105]
a：水厂需求的供水量。
[0106]
本发明第三方面公开了一种电子设备。电子设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现本发明公开第一方面中任一项的一种梯级泵站前池水位调节速率的控制方法中的步骤。
[0107]
图5为根据本发明实施例的一种电子设备的结构图，如图5所示，电子设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过wifi、运营商网络、近场通信(nfc)或其他技术实现。该电子设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
[0108]
本领域技术人员可以理解，图5中示出的结构，仅仅是与本公开的技术方案相关的部分的结构图，并不构成对本技术方案所应用于其上的电子设备的限定，具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0109]
本发明第四方面公开了一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现本发明公开第一方面中任一项的一种梯级泵站前池水位调节速率的控制方法中的步骤。
[0110]
请注意，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。