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申请/专利权人：南京邮电大学;苏州自来水表业有限公司

摘要：本发明公开了基于双阶段注意力机制的混凝剂投加串级控制方法，包括：获取自来水厂的预处理后的运行数据；根据预处理后的运行数据，基于预训练好的DA‑RNN预测模型，得到当前时刻的混凝剂投加量预测值、出水浊度预测值和沉中浊度预测值，基于滞后时间的差值校正法，分别对出水浊度预测值和沉中浊度预测值进行校正，得到出水浊度校正值和沉中浊度校正值；基于外环控制器和内环控制器的串联配合，计算得到混凝剂投加量反馈值，进而计算混凝剂投加量实际值，以实现混凝剂投加串级控制。本发明能够提供更精确的调控混凝剂的投加量，保证水处理过程的高效率和出水质量的稳定，大幅提升了处理过程的智能化和自动化程度。

主权项：1.基于双阶段注意力机制的混凝剂投加串级控制方法，其特征是，包括如下步骤：获取自来水厂的预处理后的运行数据；所述运行数据包括原水水质指标数据记录值、出水浊度数据记录值、沉中浊度数据记录值和混凝剂投加量记录值；根据所述预处理后的运行数据，基于预训练好的DA-RNN预测模型，得到当前时刻的混凝剂投加量预测值、出水浊度预测值和沉中浊度预测值，基于滞后时间的差值校正法，分别对所述出水浊度预测值和沉中浊度预测值进行校正，得到出水浊度校正值和沉中浊度校正值；根据所述出水浊度校正值和沉中浊度校正值，基于外环控制器和内环控制器的串联配合，计算得到混凝剂投加量反馈值；根据所述混凝剂投加量反馈值和混凝剂投加量预测值，计算混凝剂投加量实际值，以实现混凝剂投加串级控制；其中，所述DA-RNN预测模型包括输入注意力层、第一softmax层、特征更新模块、编码器、时间注意力层、第二softmax层、注意力权重模块、上下文向量模块和解码器；基于所述输入注意力层，将所述原水水质指标数据记录值作为输入特征，结合t-1时刻的编码器的隐藏状态，计算得到t时刻的原始的编码器的隐藏状态，表达式如下： ； ；式中，表示LSTM神经网络；表示输入特征，即t时刻的n个特征的集合；表示t时刻的第m个特征，且1≤m≤n，n表述特征的数量；并根据t-1时刻的编码器的隐藏状态和单元状态，计算任一个特征的第一注意力得分，表达式如下： ；式中，表示t时刻的第m个特征的第一注意力得分；表示第一模型学习参数；表示第二模型学习参数；表示t-1时刻的编码器的隐藏状态；表示t-1时刻的编码器的单元状态；表示第三模型学习参数；表示一个长度为T的窗口内第m个特征的集合，；基于所述第一softmax层，根据所述第一注意力得分，计算特征权重，，表示t时刻的特征i的第一注意力得分，n表示特征的数量；基于Softmax函数计算特征权重并确保t时刻所有输入特征权重之和为1；基于所述特征更新模块，根据所述特征权重和输入特征，得到更新后的新特征，；基于所述编码器，根据所述新特征，对t时刻的原始的编码器的隐藏状态进行更新，得到更新后的t时刻的编码器的隐藏状态，；基于所述时间注意力层，计算第i个编码器的隐藏状态对应于解码器在t时刻的第二注意力得分，表达式如下： ；式中，表示第四模型学习参数；表示第五模型学习参数；表示t-1时刻的解码器的隐藏状态；表示t-1时刻的解码器的单元状态；表示第六模型学习参数；表示第i个编码器的隐藏状态；基于所述第二softmax层，根据所述第二注意力得分，计算第i个编码器的隐藏状态权重，，表示第i个编码器的隐藏状态对应于解码器在t时刻的第二注意力得分；基于Softmax函数计算特征权重并确保t时刻所有编码器的隐藏状态权重之和为1；基于上下文向量模块，根据第i个编码器的隐藏状态权重以及第i个编码器的隐藏状态，计算t时刻的上下文向量，；基于所述解码器，根据一个时间窗口T内的解码器的隐藏状态和上下文向量，输出预测值，其表达式如下： ；式中，表示时间窗口T内的预测值，包括混凝剂投加量预测值、沉中浊度预测值以及出水浊度预测值；表示预测线性函数的权重；表示用于实现从解码器的隐藏状态和上下文向量的级联映射到解码器隐藏状态的线性变换的权重矩阵；表示一个时间窗口T内的解码器的隐藏状态；表示一个时间窗口T内的上下文向量；表示用于实现从解码器的隐藏状态和上下文向量的级联映射到解码器隐藏状态的线性变换的偏置向量；表示预测线性函数的偏差；所述出水浊度校正值的表达式如下： ；式中，表示t时刻的出水浊度校正值；表示t时刻的出水浊度预测值；k表示校正的窗口大小；表示第一校正权重系数；表示时刻的出水浊度记录值；表示时刻的出水浊度预测值；表示出水浊度的滞后时间；所述沉中浊度校正值的表达式如下： ；式中，表示t时刻的沉中浊度校正值；表示t时刻的沉中浊度预测值；k表示校正的窗口大小；表示第二校正权重系数；表示时刻的沉中浊度记录值；表示时刻的沉中浊度预测值；表示沉中浊度的滞后时间；所述混凝剂投加量反馈值的表达式如下： ；式中，表示t时刻的混凝剂投加量反馈值；表示上一时刻t-1的混凝剂投加量反馈值；表示内环P控制器的比例系数；表示t时刻的沉中浊度校正值；表示外环P控制器的比例系数；表示出水浊度设定值；表示t时刻的出水浊度校正值；所述混凝剂投加量实际值的表达式如下： ；式中，表示t时刻的混凝剂投加量实际值；表示两部分混凝剂投加量的权重系数；表示t时刻的混凝剂投加量预测值；表示t时刻的混凝剂投加量反馈值。

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