數(shù)據(jù)驅(qū)動的微生物燃料電池操作空間設計與控制.pdf

1、作為一類主要的生物電化學系統(tǒng)，微生物燃料電池(MFC)通過微生物的代謝活動將生物質(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MFC技術(shù)已成為一項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，同時可以獲得新能源并解決環(huán)境問題。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用，以便投入實際生產(chǎn)。本論文采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法，圍繞MFC的操作設計和在線控制問題展開研究，主要工作進展如下:
　

2、　適當?shù)牟僮髯兞靠臻g設計對于開發(fā)新型MFC裝置和提高MFC過程的性能具有重要的意義。本文提出了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動模型的空間設計方法，充分利用歷史的實驗數(shù)據(jù)，較之傳統(tǒng)的機理模型設計方法，易于快速、經(jīng)濟的實現(xiàn)。本文推導了支持向量回歸(SVR)正模型和逆模型，其中采用的二次項核函數(shù)更適用于反演階段的數(shù)學公式。在考慮模型預測不確定性的情況下，提出了受置信區(qū)間影響的逆模型直接計算操作變量空間的設計方法。在實際的MFC-A2/O設備上驗證了該設計方法的有

3、效性。結(jié)果表明，指定的操作空間是知識空間的一個狹窄而有效的區(qū)域。同時，與傳統(tǒng)的前向模型設計方法相比，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MFC的在線控制問題，本文提出了一類基于機器學習數(shù)據(jù)模型的顯式模型預測控制方法，具體分為離線設計和在線控制兩個階段，其中在離線設計階段實現(xiàn):(1)在可行域內(nèi)對可容許狀態(tài)空間進行采樣，離線求解各采樣數(shù)據(jù)點的最優(yōu)模型預測控制律;(2)構(gòu)造可行樣本判別器，利用支持向量機分類識