本文關(guān)鍵詞：基于遞歸自組織RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVI軟測量研究

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【摘要】：污泥膨脹一直是干擾活性污泥法污水處理工藝安全運(yùn)行的難題之一,其不僅發(fā)生率高,而且普遍存在。由于污泥膨脹機(jī)理復(fù)雜,影響因素眾多,很難建立精確的數(shù)學(xué)模型;同時,由于污泥膨脹的關(guān)鍵指標(biāo)污泥容積指數(shù)(Sludge Volume Index,SVI)很難在線檢測,現(xiàn)存污泥膨脹的識別方法存在精度低、滯后時間長、穩(wěn)定性差和維護(hù)成本高等缺點(diǎn)。因此,針對污泥膨脹的實(shí)時識別問題,文中建立了基于遞歸自組織RBF(Recurrent Self-Organizing RBF,RS-RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVI軟測量模型,完成了污泥膨脹智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計,實(shí)現(xiàn)了污泥膨脹的有效識別。該論文主要的研究工作包括以下幾點(diǎn):1.SVI軟測量模型輔助變量選擇;分析污水處理過程中影響污泥沉降的主要因素,根據(jù)污泥沉降性能要求,污水處理過程生化反應(yīng)機(jī)理和污泥膨脹指數(shù)相關(guān)性分析,提取出與SVI相關(guān)的參量。分析相關(guān)性參量的重要性并挖掘出重要參量的信息,將相關(guān)參量表示為SVI軟測量模型的輔助變量,并利用偏最小二乘方法(Partial Least Squares,PLS)確定SVI軟測量模型的主要輔助變量(MLSS、COD、DO、pH、TN)。2.RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計;為了提高SVI軟測量模型的精度,文中通過對遞歸RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及承擔(dān)任務(wù)變化需求分析,提出一種遞歸RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自組織設(shè)計方法。該結(jié)構(gòu)增長—修剪機(jī)制是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息處理能力及競爭性分析,判斷增加或刪除遞歸RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層中的神經(jīng)元,實(shí)現(xiàn)了遞歸RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在線調(diào)整,提高了遞歸RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的性能。非線性系統(tǒng)建模的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:提出的RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與其他自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相比,具有更精簡的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和更高的預(yù)測精度。3.基于RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVI軟測量模型研究;針對SVI的在線測量問題,將提出的RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于SVI軟測量模型設(shè)計,并提出了一種適合于RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)二階算法(Adaptive Second-Order Algorithm,ASOA),實(shí)現(xiàn)了SVI的在線測量。將設(shè)計的SVI軟測量方法應(yīng)用于實(shí)際污水處理過程中試平臺,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與傳統(tǒng)的測量方法相比,基于RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVI軟測量模型需要的先驗(yàn)知識較少,而且避免了復(fù)雜的模型結(jié)構(gòu)辨識問題,可以有效地對SVI進(jìn)行測量。4.污泥膨脹智能檢測系統(tǒng)設(shè)計;針對目前污泥膨脹尚無實(shí)用的檢測系統(tǒng)問題,文中設(shè)計并開發(fā)了一種SVI智能預(yù)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括用戶管理模塊、用戶登陸模塊、樣本數(shù)據(jù)管理模塊、模型訓(xùn)練模塊、模型預(yù)測模塊以及模型預(yù)警模塊。在軟件設(shè)計方面,首先,利用Visual Studio 2010軟件完成系統(tǒng)界面的設(shè)計,提供模型訓(xùn)練、模型預(yù)測以及模型預(yù)警等功能。其次,運(yùn)用MATLAB軟件以及數(shù)據(jù)庫技術(shù),并嵌入基于RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVI智能預(yù)測模型,實(shí)現(xiàn)了智能預(yù)測模型的計算。最后,通過各個模塊之間的信息傳輸,實(shí)現(xiàn)SVI預(yù)測值的輸出并顯示,達(dá)到污泥膨脹預(yù)測可視化的目的。
【關(guān)鍵詞】：污泥膨脹 SVI軟測量 遞歸自組織RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 智能檢測系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X703;TP183
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-29
• 1.1 課題背景及研究意義11-13
• 1.1.1 課題背景11-12
• 1.1.2 研究意義12-13
• 1.2 污泥膨脹研究熱點(diǎn)及其檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀13-22
• 1.2.1 污泥膨脹概念及相關(guān)理論13-20
• 1.2.2 國內(nèi)外污泥膨脹檢測技術(shù)研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3 遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀22-25
• 1.3.1 遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自組織方法研究現(xiàn)狀23-24
• 1.3.2 遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法研究現(xiàn)狀24-25
• 1.4 課題來源25
• 1.5 研究內(nèi)容及論文安排25-29
• 第2章 污泥容積指數(shù)SVI軟測量模型設(shè)計29-39
• 2.1 污泥容積指數(shù)SVI與機(jī)理分析29-30
• 2.1.1 污泥容積指數(shù)SVI29
• 2.1.2 機(jī)理分析29-30
• 2.2 SVI軟測量原理30-34
• 2.3 輔助變量的確定34-37
• 2.3.1 數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理34-35
• 2.3.2 輔助變量選取35-37
• 2.4 SVI軟測量模型的建立37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第3章 RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計39-59
• 3.1 遞歸RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)39-40
• 3.2 遞歸RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自組織機(jī)制研究40-44
• 3.2.1 結(jié)構(gòu)增長-修剪型遞歸RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)40-41
• 3.2.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)競爭性分析41-43
• 3.2.3 神經(jīng)元自組織機(jī)制43-44
• 3.3 RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)44-50
• 3.3.1 結(jié)構(gòu)調(diào)整算法45-47
• 3.3.2 自適應(yīng)二階算法47-49
• 3.3.3 RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)流程49-50
• 3.4 收斂性分析50-52
• 3.4.1 結(jié)構(gòu)固定時遞歸RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂性分析50-51
• 3.4.2 結(jié)構(gòu)調(diào)整時遞歸RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收斂性分析51-52
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析52-58
• 3.6 本章小結(jié)58-59
• 第4章 基于RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVI軟測量研究59-69
• 4.1 基于RS-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的SVI軟測量模型結(jié)構(gòu)框架59-61
• 4.2 SVI軟測量模型61-63
• 4.2.1 SVI軟測量模型的訓(xùn)練與預(yù)測61-62
• 4.2.2 SVI軟測量模型的校正62
• 4.2.3 SVI軟測量模型評價指標(biāo)62-63
• 4.3 污泥容積指數(shù)SVI預(yù)測實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析63-68
• 4.4 本章小結(jié)68-69
• 第5章 污泥膨脹智能預(yù)測系統(tǒng)開發(fā)69-79
• 5.1 系統(tǒng)開發(fā)計劃和需求分析69-71
• 5.1.1 系統(tǒng)開發(fā)計劃69-70
• 5.1.2 系統(tǒng)開發(fā)需求分析70-71
• 5.2 系統(tǒng)開發(fā)方案設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)71-73
• 5.2.1 系統(tǒng)開發(fā)方案設(shè)計71-72
• 5.2.2 系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)72-73
• 5.3 系統(tǒng)功能設(shè)計及實(shí)現(xiàn)73-78
• 5.4 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論與展望79-81
• 參考文獻(xiàn)81-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間的成果89
• 攻讀碩士學(xué)位期間所獲獎勵89-91
• 致謝91

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