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污水处理过程实时控制及软测量方法研究

作　者: 李万东
导　师: 刘载文
学　校: 北京工商大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 污水处理 SBR 自抗扰控制 Smith 软测量 PLS
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 47次
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内容摘要


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。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
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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中图分类: > 环境科学、安全科学 > 废物处理与综合利用 > 一般性问题 > 废水的处理与利用
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