[發(fā)明專(zhuān)利]基于非線性模型預(yù)測(cè)的污水處理過(guò)程多目標(biāo)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310059053.6
• 申請(qǐng)日: 2013-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103197544A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓紅桂;伍小龍;王麗丹;喬俊飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B13/04
• 分類(lèi)號(hào): G05B13/04;C02F3/12
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明利用基于非線性模型預(yù)測(cè)控制方法實(shí)現(xiàn)污水處理過(guò)程中溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(S_NO)濃度的控制，溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(S_NO)的濃度直接決定了污水處理的效果，對(duì)出水水質(zhì)和能耗有著重要影響。污水處理過(guò)程中溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(S_NO)的控制作為污水處理的重要環(huán)節(jié)，是先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域的重要分支，既屬于控制領(lǐng)域，又屬于水處理領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和公眾環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，污水處理自動(dòng)化技術(shù)迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。國(guó)家中長(zhǎng)期科技發(fā)展規(guī)劃中提出要研究并推廣高效、低能耗的污水處理新技術(shù)。因此，本發(fā)明的研究成果具有廣闊的應(yīng)用前景。

硝化反應(yīng)過(guò)程是在有氧條件下發(fā)生的，溶解氧濃度的大小直接影響了硝化反應(yīng)進(jìn)程，溶解氧濃度變大時(shí)，系統(tǒng)中出水氨氮和總氮的濃度就會(huì)呈下降趨勢(shì)，但是當(dāng)溶解氧濃度達(dá)到一定值時(shí)，出水中的氨氮的變化幅度就減弱了，而且總氮也受硝態(tài)氮的影響，硝態(tài)氮增加時(shí)，總氮濃度也會(huì)升高。同時(shí)，反硝化反應(yīng)過(guò)程是在缺氧環(huán)境下進(jìn)行的，缺氧區(qū)的硝態(tài)氮濃度是衡量脫氮效果的重要指標(biāo)，它反映了反硝化反應(yīng)過(guò)程的進(jìn)程，將硝態(tài)氮濃度控制在一個(gè)合適的范圍內(nèi)，能夠提高反硝化反應(yīng)的潛力。因此，對(duì)曝氣池中溶解氧和硝態(tài)氮的控制非常重要，需要將溶解氧和硝態(tài)氮濃度控制在一定范圍內(nèi)，才能高效利用硝化反應(yīng)的潛力。

傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)控制或者PID控制，雖然是當(dāng)前應(yīng)用較為廣泛的控制方法，但是由于氧氣的溶解過(guò)程受入水水質(zhì)、溫度和pH值等方面的影響，具有高度非線性、強(qiáng)耦合性、時(shí)變、大滯后和不確定性等特點(diǎn)。采用傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)控制或者PID控制方法自適應(yīng)能力較差，往往不能取得理想的控制效果。同時(shí)，由于污水處理過(guò)程具有滯后特性，精確表述控制變量與控制目標(biāo)之間的關(guān)系十分困難。目前，污水處理過(guò)程模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、待整定參數(shù)過(guò)多，可辨識(shí)性差，不能動(dòng)態(tài)地反應(yīng)出操作變量與控制目標(biāo)之間的蘊(yùn)含關(guān)系，無(wú)法用于在線控制。另外，污水中污染物的數(shù)量多、含量各異，對(duì)檢測(cè)是一大挑戰(zhàn)。因此，必須尋求新的控制方法，以滿足污水處理過(guò)程控制的需要。優(yōu)良的控制可以節(jié)省污水處理運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)也是減少和應(yīng)對(duì)異常工況發(fā)生、保障污水處理過(guò)程正常運(yùn)行的關(guān)鍵。此外，通過(guò)提高污水處理過(guò)程自動(dòng)化水平，還可以有效地減少運(yùn)行管理和操作人員，降低運(yùn)行費(fèi)用。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于非線性模型預(yù)測(cè)的多目標(biāo)控制方法，通過(guò)構(gòu)建污水處理過(guò)程模型，利用模型預(yù)測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)污水處理過(guò)程中溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(S_NO)的在線控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明獲得了一種溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(S_NO)濃度的控制方法，該控制器基于非線性模型預(yù)測(cè)的方法，通過(guò)構(gòu)建污水處理過(guò)程的模型，分析污水處理過(guò)程，同時(shí)利用模型預(yù)測(cè)的控制方法提高控制能力；解決了控制器根據(jù)環(huán)境自動(dòng)調(diào)整的問(wèn)題，通過(guò)控制污水處理過(guò)程中的曝氣量和內(nèi)循環(huán)回流量從而達(dá)到控制DO和S_NO濃度的目的；提高了污水處理過(guò)程中DO和S_NO控制的精度，保障污水處理過(guò)程正常運(yùn)行；

本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案及實(shí)現(xiàn)步驟：

1.基于非線性模型預(yù)測(cè)的溶解氧DO和硝態(tài)氮S_NO控制方法的設(shè)計(jì)，其特征在于，包括以下步驟：

(1)確定控制對(duì)象；本發(fā)明主要針對(duì)序批式間歇活性污泥系統(tǒng)中溶解氧和硝態(tài)氮進(jìn)行控制，以曝氣量和內(nèi)循環(huán)回流量為控制量，溶解氧和硝態(tài)氮濃度為被控量；

(2)設(shè)計(jì)用于污水處理過(guò)程中溶解氧和硝態(tài)氮模型預(yù)測(cè)控制方法的多目標(biāo)函數(shù)