仿人智能控制在SBR污水处理系统中的研究与应用

摘要

序列式活性污泥污水处理法(SBR)具有工艺简单、基建和运行费用低、自动化程度高等优势，适用于当前阶段城市污水处理事业的发展。SBR法中反应工序是污水处理过程最为重要的阶段，在该阶段内微生物生长和污染物的降解依赖于曝气池内溶解氧(DO)浓度的大小，对DO浓度的控制直接影响污水的出水水质和能量损耗。因此，文中将DO浓度作为被控量，基于仿人智能控制原理设计了一种智能控制器以实现对SBR法污水处理系统的控制；其次，针对改进HSIC控制器参数难以整定和优化问题，提出了一种改进的粒子群算法，完成了对所设计控制器参数的整定，并在Matlab环境下对受控系统进行了仿真控制实验。仿真结果表明，所设计的控制器具有良好的控制品质。文中完成的研究工作有以下几个方面：
　　 ①分析了SBR法污水处理工艺，建立了污水处理系统的数学模型，并通过对所建立模型的仿真控制，验证了对DO浓度控制的合理性；
　　 ②介绍了仿人智能控制的基本原理，在其原型算法基础上剖析了算法的基本智能属性，并讨论了仿人智能控制器的设计过程；
　　 ③介绍了粒子群算法的基本原理，并借鉴遗传算法中操作因子的特性，提出了一种具有遗传思想的改进粒子群算法。在Matlab环境下，通过对四种标准函数的仿真实验测试，验证了改进算法的优越性；
　　 ④针对传统PID控制对非线性，强耦合控制系统控制效果不佳，设计了一种改进的PID控制器和一种改进的HSIC控制器，并利用改进的粒子群算法对所设计控制器的参数整定优化进行了研究，研究表明，整定后的控制器可以满足对受控系统的控制效果；
　　 ⑤利用Simulink工具对所设计的两种控制器进行仿真比较研究，仿真实验表明，所设计的仿人智能控制器具有较好的控制品质，且具有可实现性，验证了该控制器既可以保证污水处理的出水水质，又可以实现曝气系统能耗的节省。