污水處理過程的模糊建模與控制.pdf

1、活性污泥法污水生化處理方法是利用細(xì)菌或者其他微生物的吸附降解等作用將污水中的污染物轉(zhuǎn)化為微生物細(xì)胞及一些無機(jī)物質(zhì)，從而凈化污水的一類二級處理方法，是目前應(yīng)用最廣泛的好氧生物處理技術(shù)之一。針對該過程機(jī)理復(fù)雜同時具有高度非線性、強(qiáng)耦合性、不確定性，并且污水入水組分波動很大等特點(diǎn)，研究一套行之有效地仿真、建模和控制策略，從而提高我國污水處理過程自動化水平及處理效果，進(jìn)而緩解我國水資源問題具有很大的實(shí)際意義。本文基于污水處理國際基準(zhǔn)評估平臺BS

2、M1，研究了活性污泥法污水處理過程的仿真平臺搭建、模糊模型建立及其預(yù)測控制器設(shè)計方法。
　　首先，本文通過對污水處理國際基準(zhǔn)評估平臺BSM1（Benchmark Simulation Model N0.1），及其用于建立生化反應(yīng)池的國際水協(xié)提出的活性污泥1號模型（ASM1）和雙指數(shù)二沉池模型的深入學(xué)習(xí)，利用Matlab軟件搭建了BSM1評估系統(tǒng)的Simulink仿真模型，并與BSM1所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗(yàn)證，建立了控制系統(tǒng)設(shè)計及仿

3、真平臺，為后續(xù)的模糊建模方法及控制策略研究提供了必要條件。
　　然后，針對現(xiàn)有活性污泥過程模型的強(qiáng)非線性、強(qiáng)耦合性等特點(diǎn)，本文利用BSM1提供的輸入輸出數(shù)據(jù)，搭建了活性污泥過程中化學(xué)需氧量（COD）的模糊預(yù)測模型。該模型在深入理解機(jī)理模型的基礎(chǔ)上，通過對其進(jìn)行分析、數(shù)學(xué)推導(dǎo)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)辨識，如輸入變量的選擇，結(jié)論的模型結(jié)構(gòu)等得到系統(tǒng)的模糊模型。同時將模糊 C均值聚類方法、最小二乘法相結(jié)合，分別用于劃分輸入空間和模型參數(shù)的估計。得到的

4、模型具有結(jié)構(gòu)簡單，易于理解，保持變量原有意義及可以有效利用線性系統(tǒng)分析方法等特點(diǎn)。通過將仿真結(jié)果與BSM1的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對比，驗(yàn)證了該方法描述系統(tǒng)運(yùn)行的動態(tài)過程的有效性。
　　文章的最后針對活性污泥過程中擾動較大，所得模型通常存在誤差等特點(diǎn)，選取了預(yù)測控制方法設(shè)計控制器，該方法將最優(yōu)控制應(yīng)用于實(shí)際工業(yè)過程，對預(yù)測模型有較強(qiáng)包容性。此外，本文又從活性污泥過程的強(qiáng)非線性角度考慮，對比分析了線性預(yù)測控制方法及非線性預(yù)測控制方法在污水處理過