污水处理过程实时控制及软测量方法研究

【摘要】：污水处理是保护生态环境的重要措施,目前我国污水处理行业中普遍存在的一个问题是自动化程度不高,运行不经济,能耗很大,造成了很大浪费。造成这一问题的主要原因有两方面,一是污水处理过程是一个极其复杂的大滞后过程,很难建立精确的数学模型;二是在污水处理中,由于其进水水质和水量时刻在变化,处于非稳定状态下运行,这必然引起其他参数和出水质量的不断变化,出水水质很难在线实时测量,废水处理成本较高,至今仍没能实现最优闭环控制。通过一些改进的控制方法及软测量技术解决污水处理滞后和出水指标实时检测问题是近年污水处理过程的研究热点。 本文针对污水处理系统具有大惯性、滞后性、复杂性和时变的特点,且难以建立精确数学模型等问题,以SBR活性污泥试验装置为研究对象,采用DO作为控制参数,通过黑箱方法建立系统数学模型;模糊控制的基础上,提出基于先进控制方法的污水处理过程控制的解决方案,分别采用Smith及自抗扰控制对污水处理环节进行建模与仿真,为提高污水处理效率提供有效途径。 针对活性污泥法污水处理出水指标BOD5(生物化学需氧量)浓度难于实时检测问题,为保证出水水质的稳定性,实现水处理的闭环控制,在深入研究基于劳仑斯—麦卡蒂公式的污水处理出水水质BOD软测量二阶机理模型基础上,采用偏最小二乘法PLS(Partial Least-Squares)对BOD软测量机理模型进行非线性补偿,以提高软测量精度,从而实现污水处理系统的闭环控制和过程参数的优化配置,降低处理费用。 【关键词】：污水处理 SBR 自抗扰控制 Smith 软测量 PLS
【学位授予单位】：北京工商大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第1章 绪论7-14
• 1.1 课题背景7-8
• 1.2 课题研究目的及意义8-9
• 1.3 国内外研究现状9-12
• 1.3.1 污水处理过程建模现状9-10
• 1.3.2 水处理过程控制现状10-11
• 1.3.3 污水处理过程软测量现状11-12
• 1.4 研究内容12-14
• 第2章 SBR 法污水处理系统及分析14-21
• 2.1 SBR 工艺流程14-15
• 2.2 试验装置15-17
• 2.3 控制对象模型建立17-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 模糊SMITH-PID 复合控制方法21-28
• 3.1 SBR 常规控制方法分析21-23
• 3.1.1 常规PID 控制21-22
• 3.1.2 模糊控制22-23
• 3.2 模糊SMITH-PID 控制器设计23-25
• 3.2.1 模糊控制器的设计24
• 3.2.2 Smith 预估器设计24-25
• 3.3 仿真实验25-27
• 3.4 本章小结27-28
• 第4章 自抗扰控制技术在污水处理中的应用28-46
• 4.1 自抗扰控制原理28-35
• 4.1.1 安排过渡过程（TD）29-31
• 4.1.2 扩张状态观测器（ESO）31-35
• 4.1.3 非线性误差反馈控制率（NLEFS）35
• 4.2 SBR 污水处理自抗扰控制系统的设计35-40
• 4.2.1 SBR 控制系统特点分析35-36
• 4.2.2 自抗扰控制系统的设计36-37
• 4.2.3 参数整定规律分析37-40
• 4.3 SBR 污水处理自抗扰控制系统仿真40-44
• 4.3.1 适应性实验41-44
• 4.3.2 扰动性实验44
• 4.4 本章小结44-46
• 第5章 污水处理 BOD 软测量补偿方法研究46-56
• 5.1 软测量机理模型的建立46-48
• 5.1.1 软测量技术概要46-47
• 5.1.2 机理模型公式的建立47-48
• 5.2 基于最小二乘法的污水处理 BOD 软测量线性补偿方法48-51
• 5.2.1 最小二乘法原理48-49
• 5.2.2 基于最小二乘法补偿方法实现49-51
• 5.3 基于 PLS 的 BOD 软测量机理模型非线性补偿方法51-55
• 5.3.1 PLS 原理及算法实现51-53
• 5.3.2 基于 NIPALS 补偿方法实现53-55
• 5.3.3 算法比较55
• 5.4 本章小结55-56
• 第6章 总结与展望56-58
• 参考文献58-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文61-62
• 致谢62-63
• 附录63-70

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