基于ASM1活性污泥污水處理過程的建模與控制問題研究.pdf

1、活性污泥污水處理過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)行脫氮除磷過程，A/O工藝裝置由兩個厭氧池和三個好氧池、一個二沉池、一個外回路以及一個內(nèi)回路共同組合而成。本文在國際標(biāo)準(zhǔn)BSM1模型的基礎(chǔ)上，研究了活性污泥污水處理過程的數(shù)學(xué)建模與控制器設(shè)計問題。
　　首先總結(jié)了污水處理技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析了污水處理控制策略。然后介紹了BSM1仿真模型的搭建過程，其中包括

2、厭氧池仿真平臺搭建、好氧池仿真平臺搭建以及二沉池仿真平臺的搭建。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，為污水處理控制問題分析奠定基礎(chǔ)。
　　其次，根據(jù)搭建起的BSM1仿真模型，設(shè)計了污水處理的PID控制器。首先選取研究對象為第一個好氧池Tank3，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

3、求，并根據(jù)該指標(biāo)要求設(shè)計了連續(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的時間參數(shù)。針對活性污泥污水處理系統(tǒng)存在的大時滯現(xiàn)象，設(shè)計了污水處理數(shù)字PID控制器。分別采用兩種方式來搭建數(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Tank3模型中去以實現(xiàn)相應(yīng)的控制效果。
　　然后，考

4、慮到BSM1模型具有的強非線性和強耦合性的特點，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，通過一個等效傳遞函數(shù)的狀態(tài)空間模型，對其進(jìn)行狀態(tài)空間反饋控制器設(shè)計從而獲得的理想的出水溶解氧濃度曲線。將此輸出信號作為Tank3系統(tǒng)的輸入，引入PID控制器，實現(xiàn)了Tank3輸出信號時刻跟蹤理想線號的目的。這樣既避免了為復(fù)雜的Tank3系統(tǒng)設(shè)計狀態(tài)反饋控