污水处理中曝气控制系统研究

【摘要】：我国经济的发展速度越来越快，导致环境问题越来越严重，水资源的污染问题也越来越被国家所重视。虽然我国污水处理水平经过多年的发展，已经有了很大的提高，但是污水的处理负荷还是跟不上日益增长的污水排放量。与先进国家相比，在自动化程度上还存在较大差距。污水处理属于高能耗产业，污水处理成本大，污水厂的主要运行能耗为曝气系统，约占全厂耗电量的50%~70%。因此曝气控制系统作为污水处理节能降耗的关键，对其研究具有极其重要的意义。 针对实际污水处理曝气控制的非线性、时滞性和不确定性等问题，本文提出一种的溶解氧的智能控制策略，首先根据各种进水水质参数及环境因素，构建一个基于规则的多级模糊推理器，对溶解氧值进行智能动态设定；其次采用模糊PID控制与常规PID控制的风机控制系统构成串级控制，保证溶氧值稳定在设定值。仿真结果证明模糊PID控制系统响应速度快，稳定时间短，表现出良好的控制性能。该控制系统能够根据工作环境条件的变化自动调整溶解氧的设定值和系统的控制参数，对不同工作环境都具有良好的控制性能。控制系统的硬件实现系统选用基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器STM32F107作为控制核心，具有很高的集成度，集高性能、低功耗和实时应用于一体，完全满足系统控制算法运算要求。文中完成的主要研究工作有下列几个方面： （1）详细阐述国内外污水处理研究现状，了解本课题的研究背景和意义。 （2）通过归纳总结分析，建立了多级模糊推理系统。 （3）建立了模糊PID与常规PI控制组成的串级控制系统，利用MATLAB软件的FUZZY编辑器和simulink工具箱进行仿真，结果表明模糊PID控制器具有良好的控制性能。 （4）选用32位微控制器STM32F107作为控制核心，对上述控制算法进行硬件实现。 （5）在Keil MDK环境下通过C语言对系统软件控制进行模块化编程设计。 【关键词】：曝气控制 节能降耗 溶解氧 多级模糊推理器 模糊PID STM32
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 课题研究的背景与意义11-12
• 1.2 污水处理的国内外现状12-13
• 1.3 课题研究的主要内容13-15
• 第二章 污水处理工艺流程介绍15-19
• 2.1 污水的污染指标15-16
• 2.2 污水处理的基本流程16
• 2.3 活性污泥法工艺介绍16-17
• 2.4 污水处理中的几种参数17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 第三章 溶解氧智能设定系统的设计19-29
• 3.1 溶解氧控制的重要性19
• 3.2 溶解氧的几种影响因素19-21
• 3.2.1 氨氮浓度的影响20
• 3.2.2 化学需氧量 COD 和生化需氧量 BOD 的影响20-21
• 3.2.3 活性物浓度 MLSS 与季节因素的影响21
• 3.2.4 水温和水量的影响21
• 3.3 模糊控制21-22
• 3.3.1 模糊控制概述21-22
• 3.3.2 模糊控制的基本原理22
• 3.4 溶解氧智能设定多级模糊推理器的设计22-27
• 3.4.1 确定各级模糊控制器的输入输出变量及其模糊语言值22-24
• 3.4.2 确定各变量的量化因子和比例因子及其隶属函数24-25
• 3.4.3 模糊控制规则的获取25-26
• 3.4.4 模糊推理及解模糊化26-27
• 3.5 本章小结27-29
• 第四章 基于模糊 PID 的溶解氧控制系统的设计与仿真29-45
• 4.1 PID 控制理论29-31
• 4.1.1 PID 控制理论29-30
• 4.1.2 数字 PID 控制理论30-31
• 4.2 模糊 PID 控制31-32
• 4.3 溶解氧串级控制系统设计32-33
• 4.4 变频器风机控制系统33-34
• 4.5 溶解氧模糊 PID 控制系统设计34-41
• 4.5.1 输入输出变量及其隶属函数确定35-38
• 4.5.2 PID 参数的整定规则38-39
• 4.5.3 PID 参数的自整定及模糊判决39-41
• 4.6 模糊 PID 控制系统仿真41-43
• 4.6.1 系统仿真模型的搭建41-43
• 4.6.2 系统仿真结果对比43
• 4.7 本章小结43-45
• 第五章 系统硬件设计及软件实现45-57
• 5.1 整体方案设计45
• 5.2 系统硬件设计45-51
• 5.2.1 系统处理器设计45-46
• 5.2.2 电源系统设计46-47
• 5.2.3 模拟量输入输出模块47-49
• 5.2.4 开关量输入输出模块49
• 5.2.5 人机交互模块49-50
• 5.2.6 其他功能模块50-51
• 5.3 基于硬件系统的程序调试51-54
• 5.3.1 系统开发环境51-52
• 5.3.2 系统控制程序编写52-54
• 5.4 硬件系统的调试成果54-55
• 5.5 本章小结55-57
• 第六章 结论与展望57-59
• 6.1 总结57
• 6.2 展望57-59
• 参考文献59-63
• 致谢63-65
• 附录65

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