【摘要】：作為一類主要的生物電化學(xué)系統(tǒng),微生物燃料電池(MFC)通過(guò)微生物的代謝活動(dòng)將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能,又可以與廢水處理相結(jié)合用于處理污水。近年來(lái)MFC技術(shù)已成為一項(xiàng)有前途但又具有挑戰(zhàn)性的技術(shù),它可以滿足迫切的能源需求,特別是以廢水為底物,同時(shí)可以獲得新能源并解決環(huán)境問(wèn)題。目前大多數(shù)研究人員致力于如何提高微生物燃料電池的性能和應(yīng)用,以便投入實(shí)際生產(chǎn)。本論文采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法,圍繞MFC的操作設(shè)計(jì)和在線控制問(wèn)題展開(kāi)研究,主要工作進(jìn)展如下:適當(dāng)?shù)牟僮髯兞靠臻g設(shè)計(jì)對(duì)于開(kāi)發(fā)新型MFC裝置和提高M(jìn)FC過(guò)程的性能具有重要的意義。本文提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的空間設(shè)計(jì)方法,充分利用歷史的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),較之傳統(tǒng)的機(jī)理模型設(shè)計(jì)方法,易于快速、經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)。本文推導(dǎo)了支持向量回歸(SVR)正模型和逆模型,其中采用的二次項(xiàng)核函數(shù)更適用于反演階段的數(shù)學(xué)公式。在考慮模型預(yù)測(cè)不確定性的情況下,提出了受置信區(qū)間影響的逆模型直接計(jì)算操作變量空間的設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際的MFC-A2/0設(shè)備上驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的有效性。結(jié)果表明,指定的操作空間是知識(shí)空間的一個(gè)狹窄而有效的區(qū)域。同時(shí),與傳統(tǒng)的前向模型設(shè)計(jì)方法相比,該方法從指定操作空間獲得的可能的產(chǎn)品質(zhì)量更接近期望值。針對(duì)MFC的在線控制問(wèn)題,本文提出了一類基于機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)模型的顯式模型預(yù)測(cè)控制方法,具體分為離線設(shè)計(jì)和在線控制兩個(gè)階段,其中在離線設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn):(1)在可行域內(nèi)對(duì)可容許狀態(tài)空間進(jìn)行采樣,離線求解各采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)的最優(yōu)模型預(yù)測(cè)控制律;(2)構(gòu)造可行樣本判別器,利用支持向量機(jī)分類識(shí)別可行性樣本;(3)針對(duì)可行樣本和對(duì)應(yīng)的最優(yōu)控制律,利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和極限學(xué)習(xí)機(jī)等不同方法構(gòu)造顯式模型預(yù)測(cè)控制器的控制曲面。在線控制過(guò)程中,實(shí)時(shí)采集過(guò)程數(shù)據(jù),利用已有的預(yù)測(cè)控制曲面計(jì)算可行的控制輸出。將該方法在一類微生物脫鹽燃料電池(MDC)仿真模型中進(jìn)行驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明,本文所提的顯式模型預(yù)測(cè)控制方法避免了在線優(yōu)化,易于實(shí)現(xiàn),而且具有良好的控制效果。
【圖文】：

逡逑領(lǐng)域［｜５］。ＭＦＣ建模方法的簡(jiǎn)單介紹已在圖１－１中給出。在研宄燃料電池的初期，由逡逑于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃?jiǎn)單易懂的特點(diǎn)，，其發(fā)展得很迅速。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒挥醚芯侩姵貥?gòu)造和內(nèi)部逡逑參數(shù)，只要依據(jù)輸入輸出曲線來(lái)完成擬合方程，便能夠在一定的程度上反映出電池逡逑的性能。這就相當(dāng)于基于數(shù)據(jù)建立的黑箱模型。而機(jī)理模型一般都需要比較合理的逡逑假設(shè)作為基礎(chǔ)，運(yùn)用電化學(xué)原理等基本理論來(lái)描述電池的各個(gè)結(jié)構(gòu)的特征和電池整逡逑體的特性。機(jī)理模型相對(duì)而言比較復(fù)雜，涉及偏微分方程、微分－代數(shù)方程等，需要逡逑考慮的參數(shù)和因素也比較多。且機(jī)理建模針對(duì)性特別強(qiáng)，不具有普遍性。同時(shí)，機(jī)逡逑理模型的求解也很復(fù)雜，能針對(duì)機(jī)理模型運(yùn)用的控制策略也會(huì)受到一定的限制［１６］。逡逑—￣｜邋流體模型逡逑——邋電化學(xué)模型逡逑——邐機(jī)理模型邐一邋邐邐

圖１－２數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的建模方法逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄａｔａ－ｄｒｉｖｅｎ邋ｍｏｄｅｌｉｎｇ邋ｍｅｔｈｏｄｓ逡逑雖然在ＭＦＣ領(lǐng)域數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法應(yīng)用很廣泛，但是針對(duì)期望輸出值設(shè)計(jì)操作點(diǎn)逡逑的研究很少。這類研宄是以后ＭＦＣ的工業(yè)流程化應(yīng)用中很重要的問(wèn)題。本課題提逡逑出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的操作空間設(shè)計(jì)方法，有別于傳統(tǒng)的機(jī)理模型，該方法易于逡逑以快速、經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)現(xiàn)。本課題推導(dǎo)了支持向量回歸（ＳＶＲ）正、逆模型，其中二逡逑次核函數(shù)適用于反演階段的數(shù)學(xué)公式。并在考慮模型預(yù)測(cè)不確定性的情況下，提出逡逑了在受置信區(qū)間影響的逆模型中直接計(jì)算操作變量的空間設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際的逡逑ｍｆｃ－ａ２／ｏ設(shè)備上驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的有效性。結(jié)果表明，指定的操作空間是一個(gè)逡逑狹窄有效的能夠得到逼近期望輸出的區(qū)域。同時(shí)，與傳統(tǒng)的正向模型設(shè)計(jì)方法相比，逡逑該方法指定的操作空間得到的產(chǎn)品質(zhì)量更接近期望的值。逡逑１．３．２機(jī)理模型建模逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM911.45;X703

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 王維大;李浩然;馮雅麗;唐新華;杜竹瑋;杜云龍;;微生物燃料電池的研究應(yīng)用進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2014年05期

2 吳祖林,劉靜;生物質(zhì)燃料電池的研究進(jìn)展[J];電源技術(shù);2005年05期

本文編號(hào)：2652020