城市供水加药凝絮沉淀过程的控制研究

摘要

自来水厂水处理工艺中的加药凝絮是一道重要的工序，加药凝絮的效果将直接影响到出厂水质。准确地投加混凝剂可以有效地减轻过滤、消毒设备的负担，在保证满足出厂水浊度要求的前提下尽量减少混凝剂的投加量，具有良好的经济效益和社会效益。因此，近年来这一问题受到控制领域和制水领域科技工作者的高度关注。
　　 对于常规的地表水处理工艺，混凝沉淀是一个复杂的物理化学反应过程。由于人们对混凝过程中混凝剂的化学反应机理还不是很清楚，影响混凝剂投加量的因素很多且不确定，使得无法通过建立精确的数学模型来对混凝剂投加进行准确的控制。且整个制水过程具有非线性、时变性、大时滞性等复杂特点，使得使用传统的、简单的控制方法已经不能达到满意的控制效果。长期来，向原水中投放混凝剂大都是人工操作的，操作工根据原水的浊度和观察矾花的大小来确定加矾量的多少，以保证沉淀池出水浊度达到要求。随着人工智能在理论和应用上的长足发展，出现了将其用于对混凝剂投加的控制过程中，主要有基于流动电流、专家系统、透光率脉动絮凝检测技术等多种集成智能控制方法，并且取得了一定的效果。
　　 城市供水是现代化城市建设的一个重要方面，实现加药凝絮过程的自动化控制一直是专家们研究的一个课题。本文以广东省科技攻关项目1为课题研究背景，对佛山水业集团沙口自来水厂中试基地加药凝絮过程工艺进行了分析研究，针对加药凝絮过程的大时滞、时变性、受外界因素扰动的不确定性等特点，采取了无模型控制技术。并且针对大时滞系统，深入研究了改进的Smith预估控制算法。主要研究工作如下：
　　 1．加药凝絮过程模型的建立。为了方便加药凝絮自动控制系统的研究，进行被控对象动态模型的测试，由加药凝絮的飞升曲线，通过阶跃响应法，得到加药凝絮过程的数学模型。
　　 2．无模型自适应控制技术在自来水厂投药过程的应用。上世纪八九十年代出现并发展起来的无模型控制技术是一项新型控制技术，该控制方法不依赖于被控对象的数学模型的精确性，对难于精确建立数学模型的被控对象具有较好的控制效果。研究学习无模型自适应控制技术，并且应用于沙口自来水厂加药凝絮的大时滞过程的控制中，设计前馈．反馈复合投药控制系统并且进行了现场调试，获得了稳定、良好的控制品质。
　　 3．自适应Smith控制算法的研究。工业过程中的时滞现象是非常普遍的，大时滞的存在严重影响了系统的稳定性。Smith预估器是一种经典的的克服大纯滞后的预估补偿控制方法，通过预估补偿，提高了控制质量。但是由于Smith预估器对模型具有严重的依赖性，因此在实际应用中具有一定的局限性。本文就克服Smith预估器的模型依赖性为研究立足点，深入研究自适应的Smith控制算法，主要有增益自适应修正Smith控制算法和时滞辨识自适应Smith啦制算法。增益自适应修正Smith控制算法能够迅速准确地对预估结果进行修正，改善控制系统的控制质量，还可以较好消除控制系统的余差。时滞辨识自适应Smith控制算法对滞后时间的不匹配具有很好的校正作厣。仿真实验证明，自适应Smith控制算法具有较好的自适应能力和鲁棒性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 加药凝絮技术及国内外现状

1.3 佛山水业集团沙口自来水厂中试基地加药凝絮工艺介绍

1.4 本论文的主要研究内容及安排

第二章 加药凝絮过程数学模型的建立

2.1 引言

2.2 阶跃响应法测试对象飞升曲线

2.2.1 被控对象开环飞升曲线测试

2.2.2 给水流量变化时被控对象特性测试

2.2.3 原水浊度变化时被控对象特性测试

2.3 由阶跃响应确定对象模型的参数

2.4 本章小结

第三章 无模型自适应控制器在投药过程的控制研究

3.1 引言

3.2 无模型自适应控制技术

3.2.1 无模型自适应的控制策略及控制特点

3.2.2 无模型控制器的结构与原理

3.2.3 CyboCon CE控制仪表的介绍

3.3 无模型自适应控制器在沙口水厂的实验研究

3.3.1 流量干扰的纯反馈控制

3.3.2 前馈—反馈控制实验

3.3.3 双前馈—反馈实验

3.4 本章小结

第四章 增益自适应修正SMITH算法在大时滞过程控制中的仿真研究

4.1 引言

4.2 传统的SMITH预估器

4.3 增益自适应修正SMITH预估器

4.3.1 增益自适应Smith控制方法及改进算法研究

4.3.2 增益自适应修正的Smith预估器的稳态误差研究

4.4 增益自适应控制算法仿真

4.5 本章小结

第五章 时滞辨识自适应SMITH控制算法在大时滞过程的应用

5.1 引言

5.2 常见的时滞辨识方法介绍

5.2.1 互相关函数法

5.2.1 平均幅度差函数法

5.3 时滞辨识自适应SMITH修正控制算法

5.4 时滞辨识自适应SMITH修正控制算法仿真

5.4.1 单一的时滞不匹配校正仿真效果

5.4.2 综合自适应Smith控制算法的仿真效果

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致 谢