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《哈尔滨工业大学》 2011年
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污水处理过程的模糊建模与控制

杨婷  
【摘要】:活性污泥法污水生化处理方法是利用细菌或者其他微生物的吸附降解等作用将污水中的污染物转化为微生物细胞及一些无机物质,从而净化污水的一类二级处理方法,是目前应用最广泛的好氧生物处理技术之一。针对该过程机理复杂同时具有高度非线性、强耦合性、不确定性,并且污水入水组分波动很大等特点,研究一套行之有效地仿真、建模和控制策略,从而提高我国污水处理过程自动化水平及处理效果,进而缓解我国水资源问题具有很大的实际意义。本文基于污水处理国际基准评估平台BSM1,研究了活性污泥法污水处理过程的仿真平台搭建、模糊模型建立及其预测控制器设计方法。 首先,本文通过对污水处理国际基准评估平台BSM1(Benchmark Simulation Model N0.1),及其用于建立生化反应池的国际水协提出的活性污泥1号模型(ASM1)和双指数二沉池模型的深入学习,利用Matlab软件搭建了BSM1评估系统的Simulink仿真模型,并与BSM1所提供的数据进行对比验证,建立了控制系统设计及仿真平台,为后续的模糊建模方法及控制策略研究提供了必要条件。 然后,针对现有活性污泥过程模型的强非线性、强耦合性等特点,本文利用BSM1提供的输入输出数据,搭建了活性污泥过程中化学需氧量(COD)的模糊预测模型。该模型在深入理解机理模型的基础上,通过对其进行分析、数学推导,进行结构辨识,如输入变量的选择,结论的模型结构等得到系统的模糊模型。同时将模糊C均值聚类方法、最小二乘法相结合,分别用于划分输入空间和模型参数的估计。得到的模型具有结构简单,易于理解,保持变量原有意义及可以有效利用线性系统分析方法等特点。通过将仿真结果与BSM1的实验数据相对比,验证了该方法描述系统运行的动态过程的有效性。 文章的最后针对活性污泥过程中扰动较大,所得模型通常存在误差等特点,选取了预测控制方法设计控制器,该方法将最优控制应用于实际工业过程,对预测模型有较强包容性。此外,本文又从活性污泥过程的强非线性角度考虑,对比分析了线性预测控制方法及非线性预测控制方法在污水处理过程中的应用。特别地,在非线性预测控制方法分析中,采用模糊预测控制,成功地将本文提出的模糊建模方法所得模糊模型应用到控制器设计中。通过对比动态矩阵控制(DMC)、模糊预测控制及传统PID控制仿真结果,发现预测控制,尤其是模糊预测控制,在超调量、动态响应时间等方面表现出了更优越的控制效果。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:X703

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张博;模糊控制理论在活性污泥系统中的应用与优化[D];华中科技大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 肖凡,顾国维;ASM1中废水和污泥组分浓度的测定方法研究[J];环境科学与技术;2003年S2期
2 尤矛;张根宝;王荣谱;;纸厂污水处理COD控制系统应用研究[J];计算机测量与控制;2009年12期
3 陈虹,刘志远,解小华;非线性模型预测控制的现状与问题[J];控制与决策;2001年04期
4 张建刚,毛剑琴,夏天,魏可惠;模糊树模型及其在复杂系统辨识中的应用[J];自动化学报;2000年03期
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 范石美;活性污泥法污水处理计算机仿真软件的开发及应用[D];浙江工业大学;2004年
2 郑敏洁;基于Benchmark的污水生化处理过程控制策略研究[D];浙江工业大学;2006年
3 詹永行;污水处理过程仿真器开发及水质监测与控制策略研究[D];浙江大学;2008年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李玲玲;辛浩;;FCM算法及其有效性度量方法[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年05期
2 赵二燕;刘绍根;刘娟;;数学模拟技术用于生物絮凝——再生工艺参数优化[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年02期
3 黄初龙;邓伟;卢晓宁;;区域农业水资源可持续利用模糊综合评价[J];安徽农业科学;2009年05期
4 郗伟东;石玉月;田巍;;基于风险模式提取的农户生猪饲养规制研究[J];安徽农业科学;2009年07期
5 吉奇;;利用模糊数学方法预测秋白菜适宜收获期[J];安徽农业科学;2010年18期
6 刘静;;基于预测控制理论的水产品价格模型[J];安徽农业科学;2011年36期
7 孙根行;胡静;;UASB反应器的快速启动[J];安徽农业科学;2012年09期
8 李爱新;;基于产能核算的鄱阳湖生态经济区耕地整理区划[J];安徽农业科学;2012年16期
9 訾培建;陈灿;戴友芝;成应向;向仁军;;微波-活性炭法处理氨氮废水的研究[J];安徽农业科学;2012年18期
10 翟剑锋;;基于遗传算法的模糊聚类在考试成绩分析中的应用[J];信息安全与技术;2012年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 段秀举;刘亚丽;;强化预处理阶段渗滤液处理效能研究[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
2 李德伟;席裕庚;;有界扰动系统基于集结的鲁棒预测控制器设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 张颖;巢志骏;席裕庚;;预测调度算法在单机问题中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 赵建玉;贾磊;陈月辉;张勇;;基于粒子群优化的信号交叉口交通流预测模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 王孝红;吴姝芹;申涛;范勇;;灰色预测控制及在篦冷机系统中的应用[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 李会军;叶宾;;一种基于递归BP神经网络的多步预测控制方法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
7 薛美盛;王振;赵铁彪;;多模型模糊修正广义预测控制仿真研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
8 邹涛;李海强;张宪霞;赵东亚;;二次规划动态矩阵控制计算复杂度的仿真分析[A];中国自动化学会控制理论专业委员会D卷[C];2011年
9 高从堦;;膜分离技术与水资源和水再用[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
10 张雷;钱大益;陈凯华;潘建通;;微氧条件下煤气化废水脱氮途径及机理[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 李桃迎;交通领域中的聚类分析方法研究[D];大连海事大学;2010年
3 刘绍根;城市污水生物絮凝吸附工艺的特性及模拟研究[D];中国科学技术大学;2010年
4 吕宁;基于数据驱动的故障诊断模型及算法研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
5 王亚萍;需求驱动的个性化产品配置设计方法研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
6 罗石;线控转向系统主动安全预测控制策略的研究[D];江苏大学;2010年
7 秦统福;内循环三相流化床生物高效降解炼油污水技术研究[D];华东理工大学;2011年
8 袁志宇;常温下生活垃圾渗滤液处理工艺研究[D];武汉理工大学;2010年
9 魏晋宏;预测控制在工业生产过程中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
10 柴岳;铁路多元经营系统物流节点布局规划理论与方法和业务发展模式研究[D];北京交通大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 牛菲菲;混凝-Fenton法及白腐真菌处理DDNP废水的研究[D];河南理工大学;2010年
2 蔡静颖;模糊c-均值算法的研究[D];辽宁师范大学;2010年
3 武海博;预测函数控制系统的鲁棒性研究[D];郑州大学;2010年
4 李光远;基于在线聚类和最小二乘支持向量机的模糊建模方法研究[D];郑州大学;2010年
5 雷聪聪;一种基于数据聚类的信息粒化方法[D];郑州大学;2010年
6 丁玉;旋流内循环厌氧反应器(EIC)处理酒精废水的试验研究[D];郑州大学;2010年
7 王林吉;基于CIELAB均匀颜色空间和聚类算法的混纺测色研究[D];浙江理工大学;2010年
8 李翠云;基于PLC与模糊PID的混凝投药复合控制系统的研究[D];山东农业大学;2010年
9 李长鹏;基于CSTR温度系统的模糊神经网络预测控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
10 王文姝;基于模糊理论的关键词识别算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 顾峻,沈炯,陈来九;遗传算法对模糊控制的优化及其应用[J];东南大学学报;1998年S1期
2 卢培利,张代钧,刘颖,王飞;活性污泥法动力学模型研究进展和展望[J];重庆大学学报(自然科学版);2002年03期
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5 国香恩,赵丁选,尚涛,张红彦;模糊控制在液压挖掘机节能中的应用[J];吉林大学学报(工学版);2004年02期
6 尤矛;张根宝;王荣谱;;纸厂污水处理COD控制系统应用研究[J];计算机测量与控制;2009年12期
7 林尚伟;林岩;;基于模糊控制律的遗传神经匝道协调控制[J];控制工程;2008年03期
8 白敏丹;韩红桂;乔俊飞;;基于遗传算法的污水处理模糊控制方法[J];控制工程;2009年01期
9 吴春富;基于遗传算法优化的模糊PID控制研究[J];自动化技术与应用;2005年07期
10 陈明杰;兰海;孙世峰;;遗传算法在锅炉蒸汽压力模糊PID控制中的应用研究[J];自动化技术与应用;2008年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 常辉;预测控制在污水处理A~2/O过程的应用研究[D];浙江大学;2006年
2 郑敏洁;基于Benchmark的污水生化处理过程控制策略研究[D];浙江工业大学;2006年
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4 王胜光;混合软测量方法在污水处理中的研究[D];上海交通大学;2008年
5 谢生钢;基于活性污泥模型的污水处理过程预测控制方法研究[D];浙江大学;2008年
6 牟丽英;基于强化复合生物膜—活性污泥工艺的数值模拟[D];哈尔滨工业大学;2008年
7 许贵生;污水处理过程中DO的模糊神经网络控制研究[D];东北大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪慧贞,曹秀芹;活性污泥模型NO.1及“SSSP程序”在中国污水厂适用性的初步探讨[J];北京建筑工程学院学报;1996年03期
2 周建锁,刘志远,裴润;一种非线性连续预测变结构控制方案[J];电机与控制学报;2000年04期
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4 卢培利,张代钧,严晨敏,刘颖;活性污泥法动力学模型应用中的参数校核[J];环境科学与技术;2002年05期
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7 刘建勇,薛罡,刘中平,周雪飞,顾国维;污水处理过程的模糊神经网络控制[J];工业水处理;2003年05期
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 商敏儿;活性污泥法污水处理过程仿真软件设计及在控制中的应用[D];浙江大学;2002年
2 常辉;预测控制在污水处理A~2/O过程的应用研究[D];浙江大学;2006年
3 郑敏洁;基于Benchmark的污水生化处理过程控制策略研究[D];浙江工业大学;2006年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘建勇,薛罡,刘中平,周雪飞,顾国维;污水处理过程的模糊神经网络控制[J];工业水处理;2003年05期
2 赵立杰,柴天佑,黄肖玲;城市污水处理过程综合自动化系统及其应用[J];计算机集成制造系统;2005年01期
3 樊立萍,于海斌,袁德成;污水处理过程仪表技术的研究现状[J];自动化仪表;2005年01期
4 杨明珍;汪国刚;;污水处理过程中膜故障分析与防治对策[J];工业安全与环保;2006年08期
5 张凯松;周启星;;可持续的污水处理过程与展望[J];生态学杂志;2006年09期
6 朱学峰;黄道平;李艳;;污水处理过程的控制与优化[J];自动化博览;2009年S1期
7 刘天龙;沈文浩;;污水处理过程中故障诊断专家系统的应用[J];造纸科学与技术;2011年02期
8 刘文波;王霞;李来鸿;薄迎春;;神经网络自适应动态规划在污水处理过程控制中的应用[J];化工自动化及仪表;2012年11期
9 薛美盛;刘飞;;污水处理过程的非线性预测控制研究[J];化工自动化及仪表;2013年05期
10 徐恭贤;韩雪;;非线性污水处理过程的多目标优化[J];化工学报;2013年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谢莹;樊立萍;;基于模式识别的污水处理过程研究[A];第八届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2010年
2 E.Drioli;E.Curcio;;脱盐和污水处理过程强化策略(英文)[A];中国膜科学与技术报告会论文集[C];2003年
3 孙红文;;污水处理过程中新型污染物研究[A];中国化学会第26届学术年会环境化学分会场论文集[C];2008年
4 马兴杰;胡建英;邵兵;杨敏;;壬基酚聚氧乙烯醚在污水处理过程中的迁移转化行为[A];Risk Assessment of Toxic Chemicals--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];2001年
5 温瑞;;JX300X DCS在污水处理过程中的应用[A];第七届工业仪表与自动化学术会议论文集[C];2006年
6 李松源;王雷;贾磊;;污水处理过程的PID控制[A];第16届中国过程控制学术年会暨第4届全国故障诊断与安全性学术会议论文集[C];2005年
7 冯丽辉;彭向华;赖华;毕贵红;;A~2/O污水处理过程出水水质的多元线性回归软测量模型[A];加入WTO和中国科技与可持续发展——挑战与机遇、责任和对策(上册)[C];2002年
8 崔玉理;;VI在污水处理过程中的应用研究[A];首届沂蒙科技论坛论文集[C];2008年
9 甄博然;韩红桂;乔俊飞;;基于增长型神经网络的污水处理过程溶解氧控制[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第六分册)[中南大学学报(增刊)][C];2009年
10 樊立萍;徐阳;;基于KPCA的污水处理过程监视[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 周美玲 许洪全;天津石化强化污水处理过程控制[N];中国石化报;2006年
2 童建国;科学技术在污水处理过程中的应用[N];中国建设报;2008年
3 董鹏宇;关注水污染治理[N];吉林日报;2008年
4 特约记者 董新光;优化运行增效千万元[N];中国石油报;2008年
5 夏晓;变环境包袱为企业财富[N];江西日报;2007年
6 任相国许明星;综合利用收获多点效益[N];德州日报;2008年
7 记者 陶克强 通讯员 胡永华;平湖企业劲吹“低碳经济”之风[N];嘉兴日报;2009年
8 杨静;金沂蒙:变传统模式为循环模式[N];中国化工报;2011年
9 本报记者 王轶慧;污泥令煤成“型”[N];中国环境报;2012年
10 本报记者 陈丹;减轻铅污染 污泥有奇效[N];科技日报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 张晶;污水处理过程模拟及系统软件开发[D];大连理工大学;2011年
2 韦安磊;污水处理过程数学模型方法及其关键技术研究[D];湖南大学;2010年
3 李晓晨;城市污水处理过程中重金属形态分布及潜在迁移性研究[D];河海大学;2006年
4 刘俊建;典型持久性有机污染物在城市污水处理过程中的迁移转化规律研究[D];西安建筑科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李万东;污水处理过程实时控制及软测量方法研究[D];北京工商大学;2010年
2 黄晓琪;污水处理过程节能优化控制方法的研究[D];北京工业大学;2013年
3 史雄伟;污水处理过程的智能优化控制方法研究[D];北京工业大学;2011年
4 刘超彬;基于模糊神经网络的污水处理过程智能控制方法研究[D];北京工业大学;2006年
5 王翠彦;污水处理过程中邻苯二甲酸酯类物质的分布及去除规律研究[D];山东建筑大学;2013年
6 孔国栋;城市生活污水处理过程中职业病危害探讨[D];中国海洋大学;2008年
7 谢生钢;基于活性污泥模型的污水处理过程预测控制方法研究[D];浙江大学;2008年
8 邱启旺;污水处理过程中的模糊控制研究[D];浙江大学;2011年
9 赵清华;城市污水处理过程中重金属分布特性及形态研究[D];山东大学;2008年
10 杨婷;污水处理过程的模糊建模与控制[D];哈尔滨工业大学;2011年
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