污水处理过程溶解氧浓度的滑模控制研究

【摘要】：本论文基于城市生活污水问题，开展活性污泥法溶解氧浓度的滑模控制研究。论文依据活性污泥一号模型（ASM1）、细胞动力学方程、曝气机理、物料平衡并结合实际污水处理系统的特性，建立并化简了适用于控制系统的数学模型。 针对控制系统和生产过程高可靠性和安全性的要求，论文研究了污水处理过程时滞系统的故障估计问题，设计了自适应观测器，并利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的状态及故障估计误差均一致有界，最后应用LMI工具箱及Matlab软件对其仿真，进而验证其可行性与有效性。由于曝气池内溶解氧的浓度是整个污水处理过程的一个重要指标，它能够快速地反映出整个控制系统的污水处理情况，而且它的大小还将影响到原水中有机物的去除程度、运行的成本以及最后出水的水质状况，所以设计合理的控制器对于溶解氧浓度的控制是非常重要的。基于滑模控制具有对外界干扰及参数不确定的鲁棒性好、控制算法比较简单、容易在线实现等优点，论文通过设计滑模控制器实现了对曝气池内溶解氧浓度的控制，并利用Lyapunov稳定性理论及LMI理论证明了滑模控制器的稳定性，最后通过MATLAB仿真验证了滑模控制器的有效性。 论文针对活性污泥法溶解氧浓度控制系统介绍了控制系统的硬件构成与软件设计，核心是PID控制算法以及滑模控制算法的实现，通过DDE技术实现了Matlab与组态王的数据交换，最终在活性污泥法溶解氧浓度控制系统中验证了控制方法的有效性。 【关键词】：污水处理 建模 故障估计 滑模控制 动态数据交换
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP273.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 论文的研究背景及选题意义8-9
• 1.1.1 研究背景8
• 1.1.2 选题意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 国内外城市污水工艺现状分析9-10
• 1.2.2 污水处理过程控制方法研究现状10-12
• 1.3 活性污泥法控制策略研究现状12-13
• 1.4 研究内容13-15
• 第2章 污水处理过程活性污泥法的建模15-26
• 2.1 活性污泥法综述15-17
• 2.1.1 活性污泥法的主要流程15-16
• 2.1.2 活性污泥法的净化过程16-17
• 2.1.3 影响活性污泥的环境因素17
• 2.2 活性污泥法数学模型的发展17-20
• 2.2.1 静态模型18
• 2.2.2 动态模型18-19
• 2.2.3 IWA 模型19-20
• 2.2.4 其他模型20
• 2.3 适用于控制的活性污泥法数学模型的建立20-24
• 2.3.1 预备知识21-23
• 2.3.2 建模23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第3章 污水处理过程时滞系统的故障估计及滑模控制26-41
• 3.1 污水处理过程时滞系统的故障估计26-34
• 3.1.1 引言26
• 3.1.2 系统描述26-27
• 3.1.3 主要研究结果27-31
• 3.1.4 算例仿真31-34
• 3.2 污水处理过程时滞系统的滑模控制34-40
• 3.2.1 引言34-35
• 3.2.2 系统描述35
• 3.2.3 主要研究结果35-39
• 3.2.4 算例仿真39-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第4章 活性污泥法溶解氧浓度控制系统41-59
• 4.1 曝气池溶解氧浓度控制系统综述41-42
• 4.2 曝气池控制实验系统的运行与实现42-48
• 4.2.1 控制系统的硬件构成42-44
• 4.2.2 控制系统的软件设计44-48
• 4.2.3 系统的网络通讯实现48
• 4.3 控制算法的实现48-58
• 4.3.1 PID 算法实现48-54
• 4.3.2 滑模变结构算法实现54-58
• 4.4 本章小结58-59
• 结论59-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间所发表的论文64-65
• 致谢65

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