Data-Driven Robust Adaptive Control With Deep Learning for Wastewater Treatment Process

稳健性(进化) 控制理论(社会学) 自适应控制 计算机科学 非线性系统 水准点(测量) 李雅普诺夫函数 控制工程 工程类 人工智能 控制(管理) 生物化学 化学 物理 大地测量学 量子力学 基因 地理
作者
Gongming Wang,Yidi Zhao,Caixia Liu,Junfei Qiao
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (1): 149-157 被引量:7
标识
DOI:10.1109/tii.2023.3257296
摘要

Due to high complexity and time-variant operation, as well as increasingly requirements for water quality, stability and reliability, wastewater treatment process (WWTP) is regarded as an adaptive control problem. In this study, a data-driven adaptive control with deep learning (DRAC-DL) is developed to improve the operational performance of WWTP. First, a feedback controller is designed to construct the closed-loop control scheme. Second, an adaptive deep belief network (ADBN), based on the data-driven self-incremental learning strategy, is proposed to approximate the ideal control law. Third, the stability of DRAC-DL scheme is analyzed in detail. The main advantage of DRAC-DL lies in its improved robustness and efficiency, which benefit from Lyapunov-based closed-loop strategy and efficient ADBN controller. Finally, the feasibility and applicability of DRAC-DL are verified by two parts: 1) Simulation on nonlinear system; and 2) Application to WWTP on the benchmark simulation model No.1 (BSM1). The experimental results show the applicability and effectiveness, among which DRAC-DL reduces the output fluctuation (Var) by no less than 82% and realizes the better stability and robustness.
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