基于CAN总线的污水处理鼓风曝气过程自适应控制系统的研究与设计

【摘要】： 本课题主要针对以一体化氧化沟为主体的污水处理鼓风曝气自适应控制问题，提出了基于CAN总线结构的污水处理的FDCS(现场总线式集散控制系统)模型，采用三个现场控制器与中央控制室构建了整个控制系统，并设计了基于CAN总线的分布式数据采集和控制系统，建立了氧化沟中溶解氧和pH值的数学模型，针对模型没计了两套自适应控制算法，最后对控制算法进行了数字仿真。 本课题在污水处理工艺部分结合近年来污水处理新技术和运行方式的讨论，提出一体化氧化沟技术的使用是现代污水处理技术发展的总趋势，分析了污水除氮脱磷工艺的演变及其创新所在，设计并优化了污水处理的总体工艺流程。 在总体设计部分通过对CAN总线的通信模型、技术规范以及帧结构和错误类型等内容的探讨，以及对自适应控制的原理、特征及类型的分析，针对基于CAN总线的污水处理自适应控制系统进行了总体设计，分析了硬件组成，并对该系统进行了结构设计，对中央控制室和各现场控制器分别进行了功能设计。 基于CAN总线的分布式数据采集与控制系统的设计部分主要给出了一种基于CAN总线的分布式数据采集与控制系统的设计与应用，阐明了它的工作原理，介绍了CAN总线的硬件接口电路设计，并对系统的整体结构、硬件配置、软件功能及各节点功能分别作了详细说明。 本课题还对现场控制器及相应的控制量(模拟量和开关量)、控制方式进行了设置，并主要针对氧化沟中的溶解氧和pH值模型这两个非线性系统分别设计了基于神经网络的PID自适应控制算法和基于带有约束的最小二乘控制算法，大大提高污水处理的效率并明显地降低了能耗，通过对算法的数字仿真，为控制模型及相应算法的进一步优化提供了充分的依据。 整个系统由于采用的3个现场控制器具有多主结构、很强的实时能力和高可靠性通讯，系统总体设计和局部设计都保证了系统具有高的性价比，并且针对一体化氧化沟控制器采用了高效率和高可靠性的自适应控制算法，因而整个FDCS具有很好的实时性、高效性、可靠性、开放性、经济性和可操作性。 整套系统的设计采用产业化的思路，在系统集成时充分考虑对现有污水处理厂的技改方案和科研成果的转化和产品化。以鼓风瀑气的全过程作为控制对象，建立控制对象的数学模型的研究工作在国内尚属首创，并为控制理论在污水处理过程控制的应用开创了新的领域。 【关键词】：污水处理 自适应控制 FDCS（现场总线式集散控制系统） CAN总线 现场总线
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TP29
【目录】：

• 中文摘要4-5
• 英文摘要5-10
• 第一章 绪论10-14
• 1．1 引言10
• 1．2 课题意义10-11
• 1．3 国内外动态11-12
• 1．4 本论文的主要内容和创新12-14
• 1．4．1 主要内容12-13
• 1．4．2 特色和创新之处13-14
• 第二章 污水处理工艺简介14-26
• 2．1 历史的回顾14
• 2．2 氧化沟技术14-15
• 2．3 城市污水处理技术和一体化氧化沟技术发展15-16
• 2．3．1 概况15-16
• 2．3．2 关于污水处理一体化的概念16
• 2．4 关于污水处理一体化技术的讨论16-18
• 2．5 一体化氧化沟技术进展与前景18-20
• 2．5．1 一体化氧化沟概念18
• 2．5．2 进展情况18-19
• 2．5．3 国内工程实例19
• 2．5．4 发展前景估计19-20
• 2．6 项目的技术方案及说明20-26
• 2．6．1 项目的工艺流程20-21
• 2．6．2 可行性21-24
• 2．6．3 先进性24
• 2．6．4 创新性24-25
• 2．6．5 技术经济指标25-26
• 第三章 基于CAN总线的自适应控制系统26-54
• 3．1 CAN总线介绍26-32
• 3．1．1 现场总线26
• 3．1．2 CAN总线26-27
• 3．1．3 CAN总线通信模型27-28
• 3．1．4 CAN总线的技术规范28-29
• 3．1．5 报文传送及其帧结构29-30
• 3．1．6 错误类型和界定30-32
• 3．2 自适应控制原理32-39
• 3．2．1 自适应控制概念32
• 3．2．2 自适应控制的任务32-33
• 3．2．3 自适应控制系统的特征33
• 3．2．4 自适应控制系统的类型33-37
• 3．2．5 自适应控制的理论问题37-39
• 3．3 基于CAN总线的自适应控制系统总体设计39-54
• 3．3．1 控制系统基本要求39
• 3．3．2 控制系统结构的选取39-41
• 3．3．3 基于CAN总线的系统结构41-45
• 3．3．4 中央控制室45
• 3．3．5 现场数据采集控制系统45-54
• 第四章 污水处理自适应控制算法设计及仿真54-85
• 4．1 重要的污水水质指标54-55
• 4．2 污水处理系统的控制量设置55
• 4．3 现场控制器设置55-57
• 4．3．1 污水站56
• 4．3．2 污泥站56
• 4．3．3 氧化沟站56-57
• 4．4 现场控制器控制功能设计57-65
• 4．4．1 污水站57-59
• 4．4．2 污泥站59-61
• 4．4．3 氧化沟站61-65
• 4．5 多层前馈网络与BP学习算法介绍65-69
• 4．5．1 网络结构65-66
• 4．5．2 BP学习算法66-69
• 4．6 现场控制器算法设计69-80
• 4．6．1 溶解氧自适应控制算法设计71-76
• 4．6．2 pH值自适应控制器算法设计76-80
• 4．7 自适应控制算法仿真80-85
• 4．7．1 几种仿真调试方法81-82
• 4．7．2 数字仿真调试方法原理82
• 4．7．3 仿真结果及评价82-85
• 第五章 总结85-87
• 参考文献87-88
• 致谢88-89
• 附录89-98

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