本文關(guān)鍵詞：基于ASM1活性污泥污水處理過(guò)程的建模與控制問(wèn)題研究

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【摘要】：活性污泥污水處理過(guò)程采用脫氮除磷的化學(xué)方法減少污水中的氮化合物,從而達(dá)到凈化污水的目的。一般工業(yè)污水處理上采用A/O工藝進(jìn)行脫氮除磷過(guò)程,A/O工藝裝置由兩個(gè)厭氧池和三個(gè)好氧池、一個(gè)二沉池、一個(gè)外回路以及一個(gè)內(nèi)回路共同組合而成。本文在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)BSM1模型的基礎(chǔ)上,研究了活性污泥污水處理過(guò)程的數(shù)學(xué)建模與控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題。首先總結(jié)了污水處理技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,分析了污水處理控制策略。然后介紹了BSM1仿真模型的搭建過(guò)程,其中包括厭氧池仿真平臺(tái)搭建、好氧池仿真平臺(tái)搭建以及二沉池仿真平臺(tái)的搭建。根據(jù)Monod方程給出了ASM1模型13種組成成分所滿足的微分方程組,并依據(jù)13維的微分方程組搭建起B(yǎng)SM1模型的Simulink仿真平臺(tái),為污水處理控制問(wèn)題分析奠定基礎(chǔ)。其次,根據(jù)搭建起的BSM1仿真模型,設(shè)計(jì)了污水處理的PID控制器。首先選取研究對(duì)象為第一個(gè)好氧池Tank 3,選取被控變量和輸入變量分別為出水溶解氧濃度和入水溶解氧濃度,分析了控制器的性能指標(biāo)要求,并根據(jù)該指標(biāo)要求設(shè)計(jì)了連續(xù)PID控制器。然后按照傳統(tǒng)PID控制器參數(shù)的整定方法,給出連續(xù)PID的時(shí)間參數(shù)。針對(duì)活性污泥污水處理系統(tǒng)存在的大時(shí)滯現(xiàn)象,設(shè)計(jì)了污水處理數(shù)字PID控制器。分別采用兩種方式來(lái)搭建數(shù)字PID模型,一種是采用Simulink模型中定義的數(shù)字PID控制模塊,另一種是編寫S-Function程序來(lái)模擬數(shù)字PID控制器工作,并將自定義的數(shù)字PID控制模塊嵌入到Tank 3模型中去以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制效果。然后,考慮到BSM1模型具有的強(qiáng)非線性和強(qiáng)耦合性的特點(diǎn),基于模糊理論建立了系統(tǒng)的模糊控制模型,為便于分析,將模型進(jìn)行相應(yīng)的處理得到簡(jiǎn)化的10維狀態(tài)空間模型。在分析該模型的可觀性和可控性的基礎(chǔ)上,通過(guò)一個(gè)等效傳遞函數(shù)的狀態(tài)空間模型,對(duì)其進(jìn)行狀態(tài)空間反饋控制器設(shè)計(jì)從而獲得的理想的出水溶解氧濃度曲線。將此輸出信號(hào)作為Tank 3系統(tǒng)的輸入,引入PID控制器,實(shí)現(xiàn)了Tank 3輸出信號(hào)時(shí)刻跟蹤理想線號(hào)的目的。這樣既避免了為復(fù)雜的Tank 3系統(tǒng)設(shè)計(jì)狀態(tài)反饋控制器的問(wèn)題,又達(dá)到了理想的控制效果。最后,研究了污水處理的魯棒控制器設(shè)計(jì)問(wèn)題以減輕干擾變量的波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)輸出的影響。建立了污水處理魯棒控制分析用的狀態(tài)方程模型,給出了基于線性矩陣不等式方法設(shè)計(jì)的魯棒狀態(tài)反饋控制器。仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的魯棒控制器顯著提高了系統(tǒng)的魯棒性,減輕了干擾變量的波動(dòng)對(duì)輸出變量的影響。
【關(guān)鍵詞】：活性污泥污水處理 BSM1 PID控制 狀態(tài)空間反饋 魯棒控制
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(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;TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 課題背景與研究意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)污水處理技術(shù)簡(jiǎn)介11-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)污水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)14-15
• 1.2.3 Monod方程式15
• 1.2.4 ASM1模型簡(jiǎn)介15-17
• 1.3 污水處理控制概況17-19
• 1.3.1 控制輸入量17-18
• 1.3.2 主要控制策略18-19
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容19-20
• 第2章 基于BSM1的Simulink模型仿真平臺(tái)搭建20-38
• 2.1 引言20-21
• 2.2 A/O工藝結(jié)構(gòu)21-22
• 2.3 ASM1模型22-33
• 2.3.1 ASM1模型的組成部分22-23
• 2.3.2 ASM1模型反應(yīng)過(guò)程和Simulink仿真模型搭建23-33
• 2.4 活性污泥污水處理模型的二沉池SIMULINK仿真33-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第3章 活性污泥污水處理系統(tǒng)的PID控制38-47
• 3.1 PID控制分析38
• 3.2 系統(tǒng)輸入和被控對(duì)象38-39
• 3.3 控制器設(shè)計(jì)指標(biāo)39-41
• 3.4 連續(xù)PID控制器參數(shù)整定41-43
• 3.5 數(shù)字PID控制器設(shè)計(jì)43-46
• 3.6 本章小結(jié)46-47
• 第4章 好氧污水處理池Tank 3 的模型簡(jiǎn)化與控制47-64
• 4.1 引言47
• 4.2 模糊建�；A(chǔ)47-48
• 4.2.1 模糊模型的分類47-48
• 4.2.2 常用的模糊建模方法48
• 4.3 生化反應(yīng)池中COD建模48-57
• 4.3.1 模糊模型的結(jié)構(gòu)辨識(shí)49-52
• 4.3.2 模糊模型的參數(shù)辨識(shí)52-54
• 4.3.3 辨識(shí)結(jié)果及分析54-57
• 4.4 TANK3 模型分析57-59
• 4.5 等效傳遞函數(shù)的狀態(tài)空間模型構(gòu)建59-61
• 4.6 TANK3 系統(tǒng)控制目標(biāo)分析61-63
• 4.7 本章小結(jié)63-64
• 第5章 好氧污水處理池Tank 3 的魯棒控制64-69
• 5.1 必要性分析64
• 5.2 TANK 3 系統(tǒng)的魯棒狀態(tài)空間方程64-66
• 5.3 TANK 3 系統(tǒng)魯棒控制器設(shè)計(jì)66-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-76
• 致謝76

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本文編號(hào)：722035