SBR污水处理工艺模糊控制器设计及仿真

论文摘要

淡水资源的短缺和人们环保意识的逐步提高,使得污水处理的重要性日益突出。目前最常用的污水处理方法是活性污泥法,它是一种水体自净的人工强化方法。在活性污泥系统中,随着污染物质的去除,系统中污泥的组成不断改变,系统内部微生物的种类、数量、以及表征其反应的动力学参数均在变化,同时系统进水的水量及水质浓度也不断变化,要建立精确的数学模型十分困难,采用经典控制理论和现代控制理论方法都难以获得良好的控制效果。SBR法作为活性污泥法的一种,由于其具有特殊的工艺特点,近年来得到了深入的研究与广泛的应用。由于控制问题决定了SBR实际应用的潜力,因此,SBR法的自动控制一直是人们关注与研究的热点。目前,实际应用中采用的控制方法一般为根据SBR的五个反应阶段所需的时间进行定时控制。这种时间控制的主要弊端就是不能根据废水实际的水质水量变化情况对反应过程和反应时间实现在线调节,由此易引发出水不达标及污泥膨胀问题。随着自动控制理论及技术的发展,将SBR的自动控制向智能化方向发展,已成为亟待解决的问题。模糊控制作为智能控制的一个分支,能将操作者或专家的控制经验和知识表示成语言变量描述的控制规则,然后用这些规则去控制系统,因此,模糊控制特别适用于数学模型未知的、复杂的非线性系统的控制。正是基于模糊控制这些特点,论文提出了应用模糊控制方法对SBR污水处理工艺的DO进行控制,以提高污水处理效率,降低能耗,防止出现污泥膨胀。论文的主要研究工作如下:①通过分析模糊控制技术在污水处理系统中的应用现状,指出了模糊控制用于SBR处理工艺的可行性。②提出了SBR工艺的模糊控制策略。③针对SBR工艺的特点,将模糊控制技术应用于SBR工艺溶解氧的控制,设计了溶解氧模糊控制器,最后通过MATLAB仿真,验证了模糊控制技术应用于SBR溶解氧控制的适应性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课程的研究背景及意义
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 模糊控制技术的研究现状
• 1.2.2 模糊控制技术在污水处理领域的研究现状
• 1.3 课题的研究目的和主要内容
• 1.3.1 课题的研究目的
• 1.3.2 课题的研究主要内容
• 2 模糊控制系统概述
• 2.1 模糊控制系统的原理及组成
• 2.1.1 模糊控制原理
• 2.1.2 模糊控制器的组成
• 2.2 简单模糊控制系统设计
• 2.2.1 确定模糊控制器的结构
• 2.2.2 输入输出变量的模糊化
• 2.2.3 模糊控制器的控制规则
• 2.2.4 输出信息的模糊判决
• 2.3 模糊控制的应用进展及存在的主要问题
• 3 SBR 法污水处理工艺模糊控制系统的设计
• 3.1 SBR 法污水处理工艺简介
• 3.1.1 SBR 工艺的基本流程
• 3.1.2 SBR 污水处理工艺特点
• 3.1.3 SBR 污水处理工艺机理
• 3.2 SBR 污水处理工艺的控制策略
• 3.2.1 传统控制策略
• 3.2.2 模糊控制策略
• 3.3 SBR 法曝气过程控制参数特性分析
• 3.4 SBR 工艺溶解氧模糊控制
• 3.4.1 溶解氧模糊控制系统的组成
• 3.4.2 溶解氧模糊控制器的结构设计
• 3.4.3 控制规则的选择和模糊推理
• 4 SBR 工艺溶解氧模糊控制系统程序设计
• 4.1 主程序结构
• 4.2 模糊控制子程序设计
• 4.2.1 模糊化子程序框图
• 4.2.2 查表子程序框图
• 4.2.3 反模糊化子程序框图
• 5 SBR 工艺溶解氧模糊控制器的仿真分析
• 5.1 仿真模型的建立
• 5.2 模糊控制器在 MATLAB 中的仿真
• 5.2.1 模糊推理系统的建立
• 5.2.2 SIMULINK 仿真
• 5.3 仿真结果分析
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录