预测控制在污水处理A～2/O过程的应用研究

【摘要】：随着现代控制理论的发展和多年的实践摸索,先进控制技术已经成熟,而预测控制策略因其预测模型、滚动优化、反馈校正三大特征符合工业过程控制的实际需要,尤其是对无法准确建立数学模型的现代工业更为适用,故成为当代的研究热点。污水处理系统是一个复杂的时变动态过程,有多个控制回路,具有很强的非线性、紧耦合、大滞后,传统的PID控制算法很难使之达到理想的控制效果。在对国内外污水处理厂控制现状、发展趋势分析的基础上,对污水处理应用先进控制进行深入研究,不仅具有学术研究价值,而且具有一定的经济效益和社会效益。本文是基于先进控制算法在污水处理系统中的设计和开发,对预测控制中的动态矩阵控制(DMC)进行了研究。 目前,国内外学者对A~2/O工艺的研究主要还是集中在机理的分析上,基于ASM2模型的A~2/O控制的研究还很少,虽然A~2/O能达到脱磷除氮的效果,但预测控制在这工艺的研究进展缓慢,所以有必要在机理研究的基础上,通过ASM2模型对A~2/O进行建模并对污水水质进行控制,达到更好的控制效果。 本文的主要研究内容包括: 1、在阅读大量文献的基础上,从先进控制理论的发展历程入手,对预测控制的基本思想和发展状况进行了综述性描述,并概述性的介绍了污水处理控制和污水处理模型的发展现状。 2、详细讨论了活性污泥A~2/O工艺的原理和过程,分析了ASM2模型的各个组分以及响应反应速率的推导过程,并对A~2/O过程中的厌氧池、缺氧池、好氧池建模,得到反应输入输出的数学模型。 3、在污水处理优化控制部分,采用动态矩阵控制算法。在算法中,通过选择溶解氧,污泥回流比作为控制输入,以总氮,总磷为控制对象,进行MATLAB仿真观测输出效果。 4、利用VB6.0编制了污水处理软件,并利用DDE技术实现了与MATLAB的链接,从而实现了污水过程数据处理、控制及输出的可视化。通过对系统进行调试和 【关键词】：污水处理 活性污泥法 AsM2 A~2/o工艺 动态矩阵预测控制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 预测控制算法发展现状9-12
• 1.2.1 算法研究存在问题11-12
• 1.3 污水处理控制现状12-13
• 1.4 活性污泥法数学模型研究现状13-15
• 1.5 污水处理过程的控制策略现状15-19
• 1.5.1 最优化控制策略17-18
• 1.5.2 先进控制算法在污水处理过程中的应用18-19
• 1.5.3 控制软件的研究19
• 1.6 本文研究内容19-21
• 第二章 A~2／O工艺与ASM2模型研究21-53
• 2.1 序言21-24
• 2.1.1 A~2／O工艺简述22
• 2.1.2 历史与研究现状22-23
• 2.1.3 改良型A~2／O工艺原理及特点23-24
• 2.2 活性污泥2号反应模型24-43
• 2.2.1 ASM2模型的假设与限制24-26
• 2.2.2 模型组分26-29
• 2.2.3 ASM2模型数学基础29-40
• 2.2.4 ASM2中的化学计量学和动力学参数的定义和典型值40-43
• 2.3 污水氮磷含量的确定43-44
• 2.4 建立基本状态方程44-50
• 2.5 结束语50-51
• 符号说明 2.151-53
• 第三章 预测控制及在污水处理中的研究53-67
• 3.1 动态矩阵控制(DMC)53-60
• 3.1.1 预测模型53-55
• 3.1.2 滚动优化55-58
• 3.1.3 反馈校正58-60
• 3.2 预测控制算法在污水处理过程中的实现60-65
• 3.2.1 污水控制变量与被控变量60-61
• 3.2.2 多变量动态矩阵算法61-62
• 3.2.3 模型仿真62-65
• 3.5 本章小结65-67
• 第四章 输入与输出界面的设计67-74
• 4.1 引言67
• 4.2 仿真软件简介67-68
• 4.3 VB与MATLAB数据通信的实现68-69
• 4.4 软件设计思想69-73
• 4.5 总结73-74
• 第五章 总结与展望74-76
• 参考文献76-81
• 致谢81

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