多模態(tài)自適應模糊控制在污水處理系統(tǒng)中的應用研究

【摘要】： 本文的研究工作以重慶市某活性污泥污水處理廠為背景展開。活性污泥污水處理法是世界各國普遍采用的一種污水處理的生物方法,它的原理是利用污泥中微生物的生命活動來清除污水中的污染物質。由于輸入水質水量的劇烈變化,以及微生物生長的復雜性,使得該過程具有多變量、非線性、強耦合、大滯后和不確定性等特點,這導致了其過程控制自動化水平的相對落后。為保證處理過程運行良好和提高出水質量,開發(fā)和研究新型的控制策略,已經成為污水控制工程領域的重要課題。進行污水處理過程的智能控制研究,不僅可以強化和充實智能控制的理論和應用范圍,而且有助于豐富和發(fā)展控制理論與方法,可以為非線性、大滯后的復雜系統(tǒng)控制問題提供新的理論方法。 本文針對活性污泥法污水處理過程控制中存在的問題,在深入分析前人研究成果的基礎上,作了如下幾方面工作: 首先,在分析活性污泥污水處理系統(tǒng)的內在機理基礎上,從活性污泥污水處理系統(tǒng)的實際情況出發(fā),建立了反映溶解氧、活性污泥和底物之間內在關系的數學模型,并利用MATLAB搭建了系統(tǒng)的仿真平臺; 其次,分析了模糊控制系統(tǒng)的原理和設計步驟,論述了模糊PI控制器及其常見結構,以此為基礎,結合活性污泥法污水廠溶解氧控制的特點,設計了基于采用S函數實現(xiàn)比例因子自整定的自適應模糊控制器; 最后,針對常規(guī)PID控制對污水處理溶解氧控制無法獲得滿意的控制性能,結合了Bang-Bang控制、比例控制、模糊控制和PI控制幾種控制方式的優(yōu)點,提出了應用于溶解氧控制的多模態(tài)自適應模糊控制的控制方案,并進行了仿真驗證,證明了該控制方案具有良好的跟蹤性和魯棒性,可以實現(xiàn)溶解氧隨進水條件變化的高精度控制,便于靈活調整最優(yōu)曝氣量,實現(xiàn)污水廠節(jié)能降耗的目的。 論文將多模態(tài)控制策略與模糊控制應用于活性污泥污水處理過程中,無論在學術研究方面,還是在工程應用方面,都具有一定的借鑒意義。 【關鍵詞】：污水處理 多模態(tài) 模糊控制 自適應 溶解氧
【學位授予單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：X703;TP273.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-16
• 1.1 課題背景及研究意義9-10
• 1.2 污水處理過程中的建?，F(xiàn)狀10-12
• 1.3 污水處理過程中的控制方法現(xiàn)狀12-14
• 1.4 本文研究的主要內容14-15
• 1.5 本章小結15-16
• 2 活性污泥污水處理系統(tǒng)概述及數學模型的建立16-29
• 2.1 活性污泥污水處理系統(tǒng)16-20
• 2.1.1 活性污泥污水處理方法概述16-17
• 2.1.2 活性污泥污水處理方法的基本流程及原理17-18
• 2.1.3 活性污泥污水處理系統(tǒng)的主要參數18-19
• 2.1.4 污水處理控制策略分析19-20
• 2.2 活性污泥法污水處理反應動力學20-24
• 2.2.1 活性污泥法反應動力學基礎21-22
• 2.2.2 活性污泥法各分量反應速率22-24
• 2.3 活性污泥污水處理曝氣過程模型的建立及控制方案的選擇24-28
• 2.3.1 數學模型的建立24-26
• 2.3.2 控制變量的選擇26
• 2.3.3 控制方案的選擇26-28
• 2.4 本章小結28-29
• 3 系統(tǒng)控制理論29-43
• 3.1 模糊控制的原理30-31
• 3.2 模糊控制的數學基礎31-34
• 3.2.1 模糊集合和隸屬度函數32
• 3.2.2 模糊語言和模糊推理32-34
• 3.3 基本模糊控制器的設計理論34-38
• 3.3.1 模糊控制器的結構設計34-35
• 3.3.2 模糊規(guī)則及模糊推理設計35-36
• 3.3.3 精確量模糊化和模糊量精確化36-38
• 3.3.4 模糊控制器論域及比例因子的確定38
• 3.4 比例因子對模糊控制系統(tǒng)性能的影響38-39
• 3.5 模糊PI 控制器的幾種結構39-42
• 3.6 本章小結42-43
• 4 自適應模糊控制器的設計43-54
• 4.1 自適應模糊控制的優(yōu)點43
• 4.2 自適應模糊控制的幾種方法43-45
• 4.3 溶解氧自適應模糊控制器設計45-53
• 4.3.1 基本模糊控制器的設計46-49
• 4.3.2 S 函數實現(xiàn)參數自適應49-51
• 4.3.3 模糊子系統(tǒng)實現(xiàn)參數自適應51-53
• 4.4 本章小結53-54
• 5 系統(tǒng)控制器的設計及仿真54-66
• 5.1 多模態(tài)自適應模糊控制器的設計54
• 5.2 系統(tǒng)仿真研究54-65
• 5.2.1 系統(tǒng)SIMUlink 仿真模型54-56
• 5.2.2 跟蹤階躍輸入時幾種控制方案性能比較56-58
• 5.2.3 跟蹤不同幅值階躍輸入下的幾種控制方案性能比較58-60
• 5.2.4 系統(tǒng)結構參數發(fā)生變化時幾種控制方案性能比較60-61
• 5.2.5 幾種控制方案抗干擾能力比較61-65
• 5.3 本章小結65-66
• 6 結論與展望66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻68-71
• 附錄71-73
• 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文目錄71-73

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