污水處理廠曝氣系統(tǒng)的控制研究

【摘要】：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市污水的產(chǎn)生及其數(shù)量在不斷的增長(zhǎng),污水處理行業(yè)越來(lái)越受到人們的重視。目前污水處理多采用生物處理技術(shù),即依靠微生物的生化反應(yīng)分解污水中的有機(jī)物,通過(guò)曝氣維持生物好氧環(huán)境是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié),曝氣量的多少直接影響到出水水質(zhì)和污水廠的能耗,所以曝氣系統(tǒng)控制的研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。 本文以污水處理廠生物處理系統(tǒng)為研究背景,深入研究了活性污泥處理工藝中的曝氣系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)污水水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)情況的分析,確定了將溶解氧濃度作為曝氣過(guò)程的控制參數(shù)。由于污水輸入量為隨機(jī)變量,其外部環(huán)境具有許多不確定因素,如水質(zhì)、水量、水溫等因素的變化,而且微生物生化反應(yīng)的機(jī)理和溶解氧的動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程非常復(fù)雜,滯后時(shí)間較長(zhǎng),具有非線性、時(shí)變等特點(diǎn),難以建立精確的數(shù)學(xué)模型。本文在近似處理和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立了近似模型,并結(jié)合工藝過(guò)程分析了目前大多數(shù)污水廠采用的單回路PID和串級(jí)PID控制系統(tǒng)。由于模糊控制不依賴于被控對(duì)象的精確模型,本文嘗試在串級(jí)PID控制的基礎(chǔ)上引入模糊控制,構(gòu)成模糊PID控制器來(lái)整定曝氣系統(tǒng)主控回路的PID參數(shù),這樣既保持了PID控制器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),又能在線調(diào)整PID控制器的參數(shù),以適應(yīng)曝氣過(guò)程模型參數(shù)的變化。為了簡(jiǎn)化模糊控制器初始論域的確定并提高控制精度,又引入了變論域思想,構(gòu)成變論域模糊PID控制器,對(duì)曝氣系統(tǒng)進(jìn)行控制。 最后,通過(guò)Matlab仿真實(shí)驗(yàn)分析了曝氣系統(tǒng)變論域自適應(yīng)模糊PID控制的跟蹤性能,結(jié)果表明,設(shè)計(jì)的變論域模糊PID控制器超調(diào)量較小,調(diào)節(jié)時(shí)間短,對(duì)曝氣過(guò)程參數(shù)變化具有一定的適應(yīng)能力,抗干擾能力較好,能達(dá)到較好的控制效果。 【關(guān)鍵詞】：曝氣系統(tǒng) 溶解氧濃度 模糊PID 變論域
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：X703
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 污水處理的發(fā)展10-13
• 1.1.1 國(guó)外污水處理發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.1.2 國(guó)內(nèi)污水處理發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.1.3 國(guó)內(nèi)污水處理控制技術(shù)的不足12-13
• 1.2 城市污水的主要特征13
• 1.3 曝氣系統(tǒng)控制的研究意義13-14
• 1.4 曝氣系統(tǒng)控制的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.5 本文的主要工作16-18
• 第2章 污水處理工藝過(guò)程18-32
• 2.1 污水處理的指標(biāo)18-19
• 2.2 污水處理的基本工藝流程19-27
• 2.2.1 污水處理的基本方法19-20
• 2.2.2 活性污泥法的基本工藝20-27
• 2.3 生物反應(yīng)池控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)27-29
• 2.4 曝氣系統(tǒng)的控制難點(diǎn)29-31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第3章 曝氣控制系統(tǒng)分析32-42
• 3.1 曝氣過(guò)程控制參數(shù)的選擇32-33
• 3.2 鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立33-36
• 3.2.1 曝氣過(guò)程動(dòng)態(tài)模型的建立33-35
• 3.2.2 鼓風(fēng)機(jī)近似模型的建立35-36
• 3.3 曝氣系統(tǒng)常規(guī)控制的實(shí)現(xiàn)方式36-41
• 3.3.1 曝氣系統(tǒng)的單回路PID控制36-37
• 3.3.2 曝氣系統(tǒng)的串級(jí)PID控制37-41
• 3.4 本章小結(jié)41-42
• 第4章 曝氣系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)42-60
• 4.1 曝氣系統(tǒng)串級(jí)PID控制的問(wèn)題42
• 4.2 溶解氧控制回路的模糊PID控制42-53
• 4.2.1 溶解氧控制回路模糊PID控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43-44
• 4.2.2 溶解氧控制回路輸入和輸出變量的論域44-47
• 4.2.3 溶解氧控制回路PID參數(shù)的模糊規(guī)則47-49
• 4.2.4 求解PID參數(shù)控制表49-51
• 4.2.5 模糊PID參數(shù)的清晰化51-53
• 4.3 溶解氧控制回路的變論域模糊PID控制53-59
• 4.3.1 基于可變論域的模糊控制算法53-56
• 4.3.2 伸縮因子的選取56-58
• 4.3.3 溶解氧控制回路的變論域模糊PID控制58-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第5章 曝氣系統(tǒng)仿真及結(jié)果分析60-68
• 5.1 曝氣系統(tǒng)仿真模型的搭建60-63
• 5.2 仿真結(jié)果分析63-66
• 5.3 本章小結(jié)66-68
• 第6章 結(jié)論與展望68-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74

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