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供水管網水質建模與優化控制/信息科學技術前沿叢書

  • 作者：王申|責編:劉穎
  • 出版社：北京郵電大學
  • ISBN：9787563571772
  • 出版日期：2024/04/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：197
人民幣：RMB 58 元      售價：元
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內容大鋼
    飲水安全是人類健康和生命安全的基本保障，但在理論和技術實踐中，供水安全仍面臨不少挑戰。本書立足於供水系統的現狀和發展需求，提出一種全新的、面向控制理論的水質模型，從而達到對供水水質進行建模、分析和優化控制的目的。
    本書共8章：第1章闡述研究背景，概述供水系統；第2章給出供水管網建模的相關理論基礎；第3章著重介紹控制理論基礎知識；第4章採用控制理論對供水水質進行建模；第5章將模型預測控制演算法應用於實時水質調控；第6章探討了水質感測器部署問題；第7章探討了水質動力學模型降階；第8章探討了數據驅動的供水管網水質模型辨識。
    本書適合環境科學和工程、控制理論和工程等專業的學生、研究人員及科技工作者閱讀使用。
作者介紹
王申|責編:劉穎
目錄
第1章  緒論
  1.1  引言
  1.2  水質標準與消毒技術
    1.2.1  飲用水水質標準的發展
    1.2.2  飲用水消毒技術的發展
  1.3  供水系統與供水管網
    1.3.1  供水系統概述
    1.3.2  供水管網及其基本元件
    1.3.3  供水管網模擬軟體
  本章小結
  本章參考文獻
第2章  供水管網建模基礎
  2.1  供水管網模型簡介
  2.2  供水管網水力建模
    2.2.1  水力模型
    2.2.2  水力建模示例
  2.3  供水管網水質建模
    2.3.1  水質模型
    2.3.2  水質建模示例
  本章小結
  本章參考文獻
第3章  控制理論基礎
  3.1  控制理論簡介
  3.2  動態系統
  3.3  線性系統及其狀態空間表示
    3.3.1  線性系統
    3.3.2  線性系統的狀態空間表示
  3.4  穩定性
    3.4.1  系統的穩定性
    3.4.2  李雅普諾夫第一法
    3.4.3  李雅普諾夫第二法
  3.5  可控性與可觀性
    3.5.1  線性系統的可控性
    3.5.2  線性系統的可觀性
    3.5.3  對偶系統和對偶原則
  3.6  最優控制理論
    3.6.1  最優控制理論簡介
    3.6.2  最優控制問題及其數學描述
    3.6.3  最優控制問題分類及其解法
  本章小結
  本章參考文獻
第4章  面向控制理論的供水管網水質模型——狀態空間表示
  4.1  概述
    4.1.1  水質建模發展回顧
    4.1.2  研究創新點
  4.2  面向控制理論的水質建模
    4.2.1  質量守恆
    4.2.2  基於依賴樹的管網元件差分方程推導
  4.3  水質模型的狀態空間表示
    4.3.1  非線性狀態空間表示

    4.3.2  單一化學物質的反應模型——狀態空間表示
  4.4  模擬分析
    4.4.1  模擬設置和驗證指標
    4.4.2  三節點管網
    4.4.3  Net1管網（環狀）
    4.4.4  Net3大型管網
  本章小結
  本章參考文獻
第5章  模型預測控制在實時水質調控中的有效性
  5.1  概述
    5.1.1  水質控制問題發展介紹
    5.1.2  研究創新點
  5.2  即插即用模型預測控制演算法簡介
  5.3  可擴展的水質模型預測控制實時實現
    5.3.1  水質模型預測控制問題的快速求解方法
    5.3.2  嚴格保證狀態/輸入向量滿足上下限約束的潛在解決方案
    5.3.3  實時控制實現
  5.4  模擬分析
    5.4.1  模型預測控制演算法的控制效果
    5.4.2  基於規則/模型預測控制的控制效果比較
  本章小結
  本章參考文獻
第6章  水質感測器部署問題再審視——優化供水管網水質模型可觀性和狀態估計指標
  6.1  概述
    6.1.1  水質感測器部署問題的發展
    6.1.2  研究的創新點
  6.2  水質狀態空間模型
  6.3  水質動力學的可觀性指標
    6.3.1  可觀性度量及其詮釋
    6.3.2  水質可觀性度量
    6.3.3  度量指標與卡爾曼濾波的關係
  6.4  水質感測器部署問題建模與求解
  6.5  模擬分析
    6.5.1  三節點管網
    6.5.2  Net1管網（環狀）
  6，5.3  Net3大型管網
    6.5.4  狀態估計性能以及隨機部署策略
  本章小結
  本章參考文獻
第7章  水質動力學模型降階
  7.1  概述
    7.1.1  模型降階演算法文獻綜述
    7.1.2  研究的創新點
  7.2  水質模型的狀態空間表示
  7.3  模型降階演算法
    7.3.1  離散線性時不變系統模型降階原理
    7.3.2  常見模型降階演算法的描述
  7.4  水質動力學模型降階演算法的理論
  7.5  具有保穩特性的模型降階演算法
    7.5.1  POD法/BPOD法的后驗穩定化

    7.5.2  BPOD法的先驗穩定化
  7.6  模擬分析
    7.6.1  管網參數、初始條件及驗證度量
    7.6.2  模型降階方法的精度和穩定性分析
    7.6.3  模型降階方法的計算開銷
    7.6.4  基於全階模型/降階模型的模型預測控制效果比較
  本章小結
  本章參考文獻
第8章  數據驅動的供水管網水質模型辨識
  8.1  概述
    8.1.1  系統辨識的研究現狀
    8.1.2  研究的創新點
  8.2  水質模型的狀態空間表示
  8.3  系統辨識演算法
  8.4  水質模型性質導致的辨識挑戰及其解決方案
    8.4.1  水質模型特性
    8.4.2  水質模型辨識面臨的挑戰與潛在解決方案
    8.4.3  所提水質模型辨識方法適用性的進一步討論
  8.5  模擬分析
    8.5.1  模擬設置
    8.5.2  系統辨識演算法性能分析
    8.5.3  影響系統辨識演算法的可能因素
  本章小結
  本章參考文獻
附錄A  控制理論相關證明與推導
  A.1  李雅普諾夫方程存在唯一正定解的充要條件
  A.2  連續LTI系統可控性判決條件
  A.3  水質LDE模型推導
  A.4  連接節點處溶質質量守恆的矩陣形式推導
  A.5  水塔處溶質質量守恆的矩陣形式推導
附錄B  感測器部署演算法的實現細節探討
附錄C  模型降階演算法BT和BPOD所保留的狀態相同的證明

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