基于Benchmark的污水生化处理过程控制策略研究

【摘要】：活性污泥法污水生化处理是利用微生物清除污水中有机污染物的一种有效方法，是当前处理工业有机污水和城市生活污水的主要途径。其过程是一个机理复杂，并且具有很大的时变性，变量间耦合明显，需要较多地考虑其动态行为和运行特性的生物化学过程。为了提高我国污水处理过程自动控制水平，研究污水处理过程的仿真和控制策略非常有意义。 本文的主要工作是模型仿真、系统的耦合性分析、多变量PID解耦控制器设计及多变量预测控制器设计。 文章首先对国际水质协会(IWAQ)提出的污水处理Benchmark国际基准，包括ASM1模型和二沉池模型，以及对控制性能估计、出水水质指标及控制器操作范围的一般规定作了详细分析，为下一步对模型进行仿真，并在仿真基础上构建控制器及对控制性能作评价打下了基础。 然后简单介绍了模型的仿真平台及仿真过程，并对本文构建的仿真模型进行了数值验证，证明了所构建的仿真模型的可靠性；从实际出发，分析并选择确定了被控变量和控制变量，然后对它们分别从理论与仿真角度进行系统耦合性分析，最终决定了本文研究所选用的控制系统结构。 【关键词】：污水处理 活性污泥法 解耦控制 PID 多变量预测控制
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 引言12-13
• 1.2 城市污水处理系统概述13-22
• 1.2.1 工艺简介13-16
• 1.2.2 常用数学模型简介16-19
• 1.2.3 常用控制策略综述19-22
• 1.3 本文研究的主要工作22-23
• 第二章 污水生化处理过程的Benchmark基准23-36
• 2.1 系统模型23-24
• 2.2 生化反应池模型24-31
• 2.2.1 模型假设与限制24
• 2.2.2 模型中的组分及反应过程24-26
• 2.2.3 反应过程速率及组分转换速率26-29
• 2.2.4 各组分浓度的物料平衡方程29-30
• 2.2.5 模型的经典参数30-31
• 2.3 沉淀池模型31-33
• 2.3.1 模型假设31
• 2.3.2 分层沉淀模型31-33
• 2.3.3 模型的经典参数33
• 2.4 控制性能分析、出水水质指标的一般规定33-35
• 2.5 本章小结35-36
• 第三章 模型仿真及控制系统结构设计36-48
• 3.1 MATLAB仿真模型构建及验证36-41
• 3.1.1 仿真环境介绍36-37
• 3.1.2 仿真说明37-38
• 3.1.3 仿真模型验证38-41
• 3.2 系统控制器设计的目标41
• 3.3 被控变量与控制变量的选择41-43
• 3.4 变量耦合性分析43-46
• 3.4.1 系统耦合的理论分析43-45
• 3.4.2 系统耦合的数学分析45-46
• 3.5 控制结构的选择46
• 3.6 本章小结46-48
• 第四章 基于Benchmark基准的多变量解耦PID控制48-60
• 4.1 PID控制原理简述48-49
• 4.2 多变量解耦PID控制49-53
• 4.2.1 多变量解耦PID控制综述49-50
• 4.2.2 解耦设计50-52
• 4.2.3 解耦矩阵获得52-53
• 4.3 系统仿真结果及性能评价53-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 基于Benchmark基准的多变量预测控制60-74
• 5.1 预测控制算法的基本原理60-61
• 5.2 多变量预测控制(DMC)基本算法61-63
• 5.2.1 多变量预测控制综述61
• 5.2.2 预测模型61-62
• 5.2.3 动态校正62-63
• 5.2.4 滚动优化63
• 5.3 多变量DMC控制参数整定63-66
• 5.4 多变量预测控制的实现66-68
• 5.4.1 预测模型的获得66-67
• 5.4.2 动态校正实现67-68
• 5.4.3 控制参数选择68
• 5.5 系统仿真结果及性能评价68-73
• 5.6 本章小结73-74
• 第六章 本文结论与下一步的研究方向74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 下一步的研究方向75-76
• 参考文献76-79
• 致谢79-80
• 作者在攻读硕士学位期间完成的论文80-81
• 附录81-82
• 附录82

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