基于优化算法的模糊控制在废水净化过程的研究

摘要

随着社会经济的发展及工业化进程的提高，致使水污染严重，环境污染日趋严重，同时，对水的需求却日渐增加，对污水处理的标准也越来越高，迫切需要高效的污水处理技术来控制及减少污水，而厌氧消化工艺是一种非常有效的生物降解方法，具有低能耗、污泥产量低、占地面积小和产生的气体可以作为能源使用等优点，因此，对于污水处理工业是一项非常有发展潜力的技术。厌氧消化过程存在不稳定性、时变性及滞后性等特点，造成其机理复杂，增加其分析研究难度，其中很多参数又难以确定，诸多因素造成了其数学模型存在很大的误差。所以，选用经典控制或者现代控制策略对被控系统进行控制调节时，其控制效果往往差强人意。当遇到这类系统时，智能控制中的模糊控制在不需要精确的数学模型的前提下就可以达到很好的控制效果，成为当前控制领域内的一个研究热点。
　　 本文对污水处理过程的研究进展和实际应用做了总结，对曝气过程的溶解氧控制模型及厌氧消化模型(Barth-Hill非线性模型)来研究废水处理过程，并对此过程进行了模糊控制的相关研究，包括对曝气过程溶解氧的增量式模糊控制和厌氧消化过程的仿真、常规PID控制、模糊逻辑控制及模糊逻辑控制的优化。在模糊逻辑控制中，分别讨论了简单模糊逻辑控制，变论域模糊控制，基于遗传算法的变论域模糊控制及基于差分进化算法的动态目标权重讨论的变论域模糊控制。并通过Barth-Hill非线性模型进行了仿真研究，结果表明，以上的控制策略在污水处理过程中是切实可行的，取得了令人满意的控制效果。

目录

声明

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摘要

第一章 绪论

1．1 论文的课题背景及研究意义

1．2 污水处理的国内外发展情况

1．2．1 控制技术在污水处理工业中的应用

1．2．2 模糊控制在污水处理中的应用

1．2．3 模糊控制器的优化

1．3 课题的主要内容

第二章 变论域模糊控制器的原理及其设计方法

2．1 模糊控制系统

2．1．1 模糊控制系统结构

2．1．2 模糊控制的基本原理

2．1．3 模糊控制系统的特点

2．2 模糊控制器设计

2．2．1 模糊控制器的设计

2．2．2 精确量的模糊化

2．2．3 控制规则的确定

2．2．4 模糊控制器的模糊推理及解模糊化

2．2．5 模糊控制查询表

2．2．6 模糊控制算法流程图

第三章 模糊控制在曝气过程上的应用

3．1 污水处理工艺过程简介

3．1．1 污水处理工艺

3．1．2 曝气过程的仿真建模

3．2 模糊控制器的设计及仿真

3．2．1 模糊控制规则的确定

3．2．2 溶解氧模糊控制器的仿真

3．3 本章小结

第四章 基于遗传算法优化的变论域糊控制器在厌氧消化控制过程的设计

4．1 遗传算法

4．1．1 遗传算法的原理

4．1．2 遗传算法的过程

4．2 厌氧消化过程

4．2．1 厌氧消化过程原理

4．2．2 厌氧消化过程仿真

4．3 厌氧消化过程的PID控制

4．3．1 纯比例(P)控制

4．3．2 比例积分(PI)控制

4．3．3 比例积分微分(PID)控制

4．4 厌氧消化过程的简单模糊控制器的研究

4．4．1 简单模糊控制器的设计

4．4．2 仿真结果与分析

4．5 基于遗传算法的模糊控制器在厌氧消化控制过程的优化设计

4．5．1 变论域模糊控制器

4．5．2 伸缩因子的优化

4．6 本章小结

第五章 基于差分进化算法的模糊控制在污水处理上的应用

5．1 差分进化算法

5．1．1 差分进化算法

5．1．2 差分进化算法流程及基本策略

5．2 利用差分进化算法对变论域模糊控制器进行多个动态指标权重的讨论

5．2．1 伸缩因子的优化

5．2．2 仿真研究

5．3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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