一种基于泡沫状态的泥浆自适应回流控制系统

本发明属于自动化控制与调节技术的，涉及了一种基于泡沫状态的泥浆自适应回流控制系统。

背景技术：

1、在地下工程施工中，泥浆处理是关键环节。处理过程通常通过注入化学试剂与固液分离机制实现净化。然而，排出的原始含泡泥浆中常含有大量稳定性泡沫，这些气泡会降低泥浆密度并阻碍絮凝剂与固体颗粒结合，影响后续固液分离。因此，如何对含泡泥浆实施自适应回流控制，是该领域面临的技术挑战。

2、针对上述需求，现有技术已有相关探索。例如公布号为cn120215604a公开了一种高密度泥浆法处理酸性废水的方法及控制系统。该方案通过接收反应装置内反馈的实时酸碱度及液位数据输入回流比计算模型，结合算法计算加药量及污泥回流流量，进而控制相关泵组的运行参数，以维持反应装置内酸碱度在设定区间，实现了加药与回流参数的自动化调整。

3、上述技术在应对富含泡沫的泥浆时存在局限。该系统仅依赖酸碱度与液位等常规宏观参数，缺乏对泥浆表面与内部深度物理状态的量化感知能力。这种处理逻辑难以结合表面图像与深度穿透声波解析泥浆起泡风险，无法建立泡沫势指数剖面模型。因此，系统无法动态筛选出分层控制阈值参数，导致高风险含泡泥浆与底层优质泥浆混淆，难以针对预消泡泥浆流实施纵向剖面切割剥离与靶向回流控制。

4、综上所述，现有的控制系统存在对被控对象物理状态缺乏多维量化感知模型，且控制逻辑缺乏前馈补偿与反馈校正的自适应闭环机制，导致系统难以针对动态阈值实施精准的靶向回流与截流控制的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决现有控制系统缺乏多维量化感知及自适应闭环调节能力的技术问题，本发明提供了一种基于泡沫状态的泥浆自适应回流控制系统。

2、一种基于泡沫状态的泥浆自适应回流控制系统，包括：

3、预消泡泥浆生成模块，获取原始含泡泥浆，执行表层与底层同步加药操作，生成预消泡泥浆流；

4、物理状态特征提取模块，引导所述预消泡泥浆流进入扩容降速区域，控制图像采集设备与超声波设备同步采集，抽取泥浆物理特征数据；

5、泡沫势指数建模模块，调用泥浆起泡风险量化映射函数解析所述泥浆物理特征数据，沿着垂直深度坐标线结合预设权重乘积系数执行参量积分运算，计算出深度起泡风险评估模型；

6、动态阈值筛选模块，遍历读取所述深度起泡风险评估模型所包含的风险分级数据，比对气泡浓度容忍阈值，筛选出分层控制动态阈值参数；

7、分层切割剥离模块，将所述分层控制动态阈值参数下发至动态截流机构，针对所述预消泡泥浆流实施分层物理截流，截断输出上层回流泥浆以及底层输出泥浆流；

8、前馈给药控制模块，监测记录所述上层回流泥浆的实时返送流量负荷信号，启动提前补偿加药策略，生成消泡控制信号；

9、反馈校正调节模块，引导所述底层输出泥浆流流入沉淀造粒区域，投加高分子絮凝剂使固相物沉降，并根据上清水液的透光率反馈调节所述参量积分运算中的预设权重乘积系数。

10、本发明进一步的方案，所述执行表层与底层同步加药操作，生成预消泡泥浆流，包括以下步骤：

11、将所述原始含泡泥浆引导输入至混合消泡腔室内；

12、激活安装于所述混合消泡腔室顶部的雾化喷淋阀门阵列，向所述原始含泡泥浆的表层暴露气泡面区域喷洒化学消泡剂；

13、开启设置于所述混合消泡腔室底部的循环泵，抽取携带未破裂微气泡的底层泥浆，在主管路内汇入化学消泡剂并施加切割剪切力；

14、将经过二次加药的所述底层泥浆输送回所述混合消泡腔室内，混合生成所述预消泡泥浆流。

15、本发明进一步的方案，所述控制图像采集设备与超声波设备同步采集，抽取泥浆物理特征数据，包括以下步骤：

16、控制布置于所述扩容降速区域顶部的图像采集设备连续拍摄液面的表面泡沫图像，并根据连续图像之间的帧间像素差异，提取量化气泡生成与破裂动态平衡的消散速率因子；

17、同步下发探测指令至贴合排布于所述扩容降速区域侧壁的垂直超声收发点阵，发射声学脉冲序列并接收穿透下层泥浆的反射回波，提取反映不同浸没深度声学阻抗特性的能量衰减率因子；

18、提取所述表面泡沫图像的特征数据、所述消散速率因子以及所述能量衰减率因子进行时间戳对齐封装，构建出所述泥浆物理特征数据。

19、本发明进一步的方案，所述提取反映不同浸没深度声学阻抗特性的能量衰减率因子，包括以下步骤：

20、获取超声波在泥浆中传播的有效路径长度以及基准参考振幅；

21、获取在各浸没深度处实际测得的回波信号振幅；

22、计算所述基准参考振幅与所述回波信号振幅的比值，并对所述比值执行以十为底的对数运算，得到对数结果；

23、根据所述基准参考振幅与所述回波信号振幅之间的信号衰减比例，结合所述有效路径长度，计算得到所述各浸没深度对应的能量衰减率因子。

24、本发明进一步的方案，所述调用泥浆起泡风险量化映射函数解析所述泥浆物理特征数据，沿着垂直深度坐标线结合预设权重乘积系数执行参量积分运算，计算出深度起泡风险评估模型，包括以下步骤：

25、提取封装于所述泥浆物理特征数据内部的表面泡沫图像的特征数据及消散速率因子，输入表面活跃度评估公式中进行数值计算生成表观风险分值；

26、匹配并提取所述泥浆物理特征数据携带的各深度的能量衰减率因子，利用声学经验反演算法将其转化为对应液面深度下的内部富集密度参考值；

27、向所述表观风险分值与所述内部富集密度参考值分别配置所述预设权重乘积系数，执行乘加运算得到融合风险系数；

28、整合各深度的所述融合风险系数并建立目标深度的连续解析模型，输出所述深度起泡风险评估模型。

29、本发明进一步的方案，所述遍历读取所述深度起泡风险评估模型所包含的风险分级数据，比对气泡浓度容忍阈值，筛选出分层控制动态阈值参数，包括以下步骤：

30、连接调取以连续函数形式存在的所述深度起泡风险评估模型；

31、调用存储单元，读取表征当前工况下允许进入后端絮凝工序的所述气泡浓度容忍阈值；

32、构建风险基准等式，通过连续求解算法模型在有效水深区间内求解所述风险基准等式，得到对应的深度解；

33、锁定所述深度解对应的具体液面深度高度值，将所述具体液面深度高度值格式化编码生成所述分层控制动态阈值参数。

34、本发明进一步的方案，所述将所述分层控制动态阈值参数下发至动态截流机构，针对所述预消泡泥浆流实施分层物理截流，截断输出上层回流泥浆以及底层输出泥浆流，包括以下步骤：

35、分析包含具体液面深度高度值的所述分层控制动态阈值参数，转化为驱动伺服电机的位移控制信号；

36、驱动安装于纵向滑轨上的导流管头升降移动，直至所述导流管头移动至由所述位移控制信号指示的水下控制面；

37、开启与所述导流管头外部连通的抽吸负压泵组，吸取并剥离位于所述控制面及以上高度的所述上层回流泥浆；

38、利用所述控制面物理封闭下层泥浆的流出通道，在重力静压驱动作用下，引流排出位于所述控制面底端深处的所述底层输出泥浆流。

39、本发明进一步的方案，所述监测记录所述上层回流泥浆的实时返送流量负荷信号，启动提前补偿加药策略，生成消泡控制信号，包括以下步骤：

40、扫描部署在循环回流管道上的电磁流量仪表反馈的瞬时体积流量信号，汇算提取所述上层回流泥浆在连续统计周期内的实时流通质量数值；

41、将抽吸出的所述上层回流泥浆重新注入混合消泡腔室内；

42、对所述实时流通质量数值与预设的标准回流期望平衡区间中值执行偏差及变化率计算，匹配预设的非线性药剂消耗补偿矩阵表；

43、分析查表匹配结果获取补偿差值，生成包含修正后占空比的脉冲波形包，发送至执行机构，作为承载药剂阀门控制补偿差值的所述消泡控制信号。

44、本发明进一步的方案，所述引导所述底层输出泥浆流流入沉淀造粒区域，投加高分子絮凝剂使固相物沉降，并根据上清水液的透光率反馈调节所述参量积分运算中的预设权重乘积系数，包括以下步骤：

45、将所述底层输出泥浆流接入配备有叶片的末端絮凝成型腔室内部；

46、启动配置于所述末端絮凝成型腔室顶部的变频电机，向处于搅动状态的所述底层输出泥浆流内部滴注絮凝剂；

47、利用所述变频电机驱动叶片产生的搅拌作用加速固相沉降并与液相分离，溢流析出位于最上方的上清水液；

48、激发光学检测器件持续扫描所述上清水液的透光率，当测定所述透光率的实时数值小于达标允许边界线时，逆向发送优化指令，自适应调高所述预设权重乘积系数。

49、本发明进一步的方案，所述自适应调高所述预设权重乘积系数，包括以下步骤：

50、获取当前控制周期正在使用的所述预设权重乘积系数以及预设的固定步长增量；

51、获取在当前控制周期实时测得的所述上清水液的所述透光率，以及预设的所述达标允许边界线；

52、判断所述透光率是否小于所述达标允许边界线；

53、若判断结果为是，则基于所述固定步长增量，对当前正在使用的预设权重乘积系数进行递增更新。

54、综上所述，本发明包括以下有益技术效果：

55、1.引导预消泡泥浆流进入扩容降速区域，激发表面图像与深度穿透声波同步采样阵列抽取多维物理状态特征集，并计算出泡沫势指数剖面模型。将起泡风险评估拓展为涵盖液面几何轮廓与内部微气泡声学特征的多维量化分析，为系统控制提供客观数据基础，解决了现有技术缺乏对含泡泥浆物理状态量化感知的问题。

56、2.遍历读取泡沫势指数剖面模型的数据，比对气泡浓度容忍阈值筛选出分层控制动态阈值参数，并下发至动态截流机构实施纵向剖面切割剥离。将模型转化为物理控制边界，使得机构能截断输出靶向回流泥浆成分，并在重力驱动下引流排出底层输出泥浆流。该方式实现了针对性分层截流，克服了现有技术难以实施基于动态阈值分层切割靶向回流的缺陷。

57、3.通过监测靶向回流泥浆成分的实时返送流量负荷信号启动提前补偿策略，并根据终端的透光率特性闭环反馈调节预设权重乘积系数。构建了结合前馈给药与闭环反馈校正的自适应控制系统架构，前馈环节主动调整消泡控制信号以提前应对负荷冲击，反馈环节反向修正风险评估模型。该算法机制使整个自动化控制系统能够自适应泥浆属性的动态波动，提升了控制系统的抗干扰能力与闭环调节的整体稳定性。