本文關(guān)鍵詞：基于LM算法的溶解氧濃度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：活性污泥法是利用活性污泥中微生物的降解作用來清除污水中污染物質(zhì)的一種有效方法,是目前工程上使用最為廣泛的污水處理工藝之一。溶解氧濃度是污水處理過程中一個(gè)極其重要的參數(shù),然而其具有時(shí)變、非線性以及存在設(shè)定值難以跟蹤控制的問題,傳統(tǒng)的控制方法(如常規(guī)PID控制等)在干擾性強(qiáng)、模型參數(shù)不確定等情況下,難以達(dá)到理想的控制效果。預(yù)測(cè)控制具有跟蹤性能強(qiáng)、控制效果好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制(NNPC)充分利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性映射能力在模型預(yù)測(cè)上的優(yōu)勢(shì),結(jié)合預(yù)測(cè)控制反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化的機(jī)理,更適合于此類非線性系統(tǒng)的控制。基于上述分析,本課題提出污水處理溶解氧濃度NNPC方法,對(duì)控制器的結(jié)構(gòu)及其性能做了全面的設(shè)計(jì)、分析和仿真,主要工作如下:首先,分析了活性污泥法污水處理工藝,在國(guó)際水質(zhì)協(xié)會(huì)提出的活性污泥1號(hào)模型(ASM1)的基礎(chǔ)上,經(jīng)過合理的假設(shè)和約束,結(jié)合實(shí)際的污水處理廠情況,建立了反映溶解氧濃度、活性污泥濃度以及底物濃度之間內(nèi)在關(guān)系的簡(jiǎn)化的活性污泥變參數(shù)數(shù)學(xué)模型。其次,針對(duì)常規(guī)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容易陷入局部極小值、收斂速度慢等缺陷,提出采用Levenberg-Marquardt算法(LM算法)對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化,并通過對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型辨識(shí)性能進(jìn)行了驗(yàn)證。然后,針對(duì)目前溶解氧控制存在的問題,提出了NNPC方法,并從模型預(yù)測(cè)、反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化三個(gè)方面系統(tǒng)設(shè)計(jì)了該控制系統(tǒng)。最后,通過仿真實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建溶解氧預(yù)測(cè)模型的有效性,通過和常規(guī)控制方法的比較,驗(yàn)證了NNPC對(duì)溶解氧設(shè)定值的跟蹤性能和抗干擾性能。本課題的創(chuàng)新點(diǎn)及貢獻(xiàn)在于:(1)運(yùn)用LM算法優(yōu)化BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),克服了常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷,在溶解氧NNPC中提高了模型預(yù)測(cè)精度。(2)針對(duì)溶解氧濃度跟蹤控制難的問題,提出了溶解氧NNPC方法,對(duì)溶解氧神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制器模型預(yù)測(cè)、反饋校正、滾動(dòng)優(yōu)化等環(huán)節(jié)進(jìn)行了系統(tǒng)全面地設(shè)計(jì),并將NNPC方法與常規(guī)的控制方法進(jìn)行了比較。仿真結(jié)果表明,NNPC具有很好的自適應(yīng)性和魯棒性,提高了溶解氧跟蹤控制性能。
【關(guān)鍵詞】：污水處理過程 溶解氧濃度 建模 Levenberg-Marquardt算法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制
【學(xué)位授予單位】：安徽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X703;TP183
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-15
• 1.1 課題背景與研究意義9-10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.2.1 污水處理控制研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容13-15
• 第二章 活性污泥法工藝及數(shù)學(xué)建模15-26
• 2.1 污水處理技術(shù)簡(jiǎn)介15-16
• 2.2 活性污泥法工藝簡(jiǎn)介16-17
• 2.3 活性污泥1號(hào)模型17-22
• 2.4 簡(jiǎn)化的變參數(shù)活性污泥數(shù)學(xué)模型22-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第三章 基于LM算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型辨識(shí)26-45
• 3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論概述26-31
• 3.1.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本理論26-27
• 3.1.2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理及學(xué)習(xí)過程27-30
• 3.1.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)及缺陷30-31
• 3.2 基于LM算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)31-35
• 3.2.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法31-33
• 3.2.2 高斯-牛頓算法33-34
• 3.2.3 LM算法34-35
• 3.3 LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型辨識(shí)35-39
• 3.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型辨識(shí)原理概述35-36
• 3.3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識(shí)建模的特點(diǎn)36-37
• 3.3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型辨識(shí)結(jié)構(gòu)37-38
• 3.3.4 LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型辨識(shí)設(shè)計(jì)38-39
• 3.4 仿真實(shí)驗(yàn)39-44
• 3.5 本章小結(jié)44-45
• 第四章 溶解氧濃度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)45-57
• 4.1 預(yù)測(cè)控制理論45-48
• 4.1.1 預(yù)測(cè)控制原理45-46
• 4.1.2 預(yù)測(cè)控制基本算法46
• 4.1.3 智能預(yù)測(cè)控制算法46-47
• 4.1.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制47-48
• 4.2 溶解氧濃度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)48-49
• 4.2.1 溶解氧濃度控制的重要性48
• 4.2.2 控制策略的提出48-49
• 4.2.3 控制方案整體設(shè)計(jì)49
• 4.3 溶解氧濃度預(yù)測(cè)模型的建立49-53
• 4.3.1 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性多步預(yù)測(cè)模型49-52
• 4.3.2 LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建溶解氧預(yù)測(cè)模型52-53
• 4.4 溶解氧濃度反饋校正設(shè)計(jì)53
• 4.5 溶解氧濃度優(yōu)化控制器的設(shè)計(jì)53-55
• 4.5.1 優(yōu)化控制器主要設(shè)計(jì)方法53
• 4.5.2 基于黃金比例搜索算法的滾動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)53-55
• 4.6 本章小結(jié)55-57
• 第五章 溶解氧濃度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)仿真57-66
• 5.1 仿真模型分析57-58
• 5.2 系統(tǒng)可控性分析58-59
• 5.3 LM-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溶解氧濃度模型的建立59-60
• 5.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)仿真60-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 第六章 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 總結(jié)66
• 6.2 展望66-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 附錄一 插圖清單72-73
• 附錄二 表格清單73-74
• 在讀研究成果74-75
• 致謝75

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