專利名稱：基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水溶解氧濃度控制方法，尤其是一種基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，屬于控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在污水處理過程中，尤其在利用微生物進行生化處理的過程中，對微生物生存環(huán)境的控制很重要，而溶解氧濃度是非常重要的指標(biāo)，直接反映生化反應(yīng)過程中微生物的生命特征和對污水的處理活性，相關(guān)文獻表明溶解氧濃度2. Omg/L是生化反應(yīng)的最佳條件。由于污水溶解氧濃度控制無固有模型且具有很強非線性和動態(tài)性，而且溶解氧傳感器存在固有延時，因此采用傳統(tǒng)PID控制方法往往難以滿足控制要求，采用單一的模糊控制方法往往控制精度并不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種控制精度高的基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法。本發(fā)明的目的可以通過采取如下技術(shù)方案達到基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，其特征在于所述方法以工控機為上位機、以PLC控制器為下位機，共為主體構(gòu)建一個污水處理自動控制實驗平臺，對污水進行處理，包括以下步驟在所述PLC控制器中設(shè)置溶解氧控制模塊，該溶解氧控制模塊采用由模糊控制、開關(guān)控制和PID控制策略構(gòu)成的模糊融合控制技術(shù)設(shè)計的算法對污水溶解氧濃度進行控制，在整個控制過程中對模糊控制策略進行優(yōu)化重構(gòu)。作為一種優(yōu)選方案，所述的污水處理自動控制實驗平臺還包括可連接各泵的SBR反應(yīng)器，在所述SBR反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有溶解氧傳感器，該溶解氧傳感器與溶解氧控制模塊信號連接。作為一種優(yōu)選方案，所述污水為合成污水或造紙污水。作為一種優(yōu)選方案，所述造紙污水的處理過程包括a)取100L造紙污水，測得其COD為1195mg/L ；b)按照質(zhì)量比C0D:N:P=230:5:1添加尿素和磷酸，以補充營養(yǎng)元素N和P，加入尿素 5. 599g，85% 的磷酸 1.93g;c)將造紙污水置于實驗室，冷卻I天至室溫，待用；d)采用SBR工藝處理造紙污水，保持污水懸浮固體濃度MLSS在2. Og/L，在每個SBR周期內(nèi)加入3L造紙污水進行處理。作為一種優(yōu)選方案，模糊融合控制技術(shù)設(shè)計的算法流程包括a)運行模糊控制查詢表的Matlab快速制取程序；b)分別制取低溶解氧、中心設(shè)定值和高溶解氧3個區(qū)域的模糊控制查詢表；c )對溶解氧模糊控制查詢表進行優(yōu)化重構(gòu)；
d)獲得新的模糊控制查詢表；e)實施模糊融合控制；f)如果控制效果不滿意，則改變中心頻率和擺動頻率的參數(shù)，返回步驟a);如果控制效果滿意，則結(jié)束控制。作為一種優(yōu)選方案，所述溶解氧設(shè)定值為2mg/L，溶解氧傳感器量程為(T20mg/L，溶解氧濃度對應(yīng)的PLC數(shù)值為640(Γ32000。作為一種優(yōu)選方案，步驟b)所述的模糊控制查詢表采用下 式制取其中，a是中心頻率，b是擺動頻率，u是論域范圍為[-6，6]的13X 13矩陣，Ureal是PLC數(shù)值，其輸出為13X13的矩陣；通過該式求出其PLC數(shù)值，得到一個13X13矩陣形式的模糊控制查詢表，前6行為低溶解氧區(qū)、中心行為設(shè)定值區(qū)和后6行為高溶解氧區(qū)。作為一種優(yōu)選方案步驟c)對溶解氧模糊控制查詢表優(yōu)化重構(gòu)和步驟d)獲得新的模糊控制查詢表如下首先是確定低溶解氧區(qū)、中心行設(shè)定值區(qū)和高溶解氧區(qū)三個區(qū)域的中心頻率和擺動頻率，然后分別計算出三個模糊控制查詢表低溶解氧區(qū)模糊控制查詢表、設(shè)定值區(qū)模糊控制查詢表和高溶解氧區(qū)模糊控制查詢表；其次低溶解氧區(qū)模糊控制查詢表選取低溶解氧區(qū)數(shù)據(jù)，設(shè)定值區(qū)溶解氧模糊控制查詢表選取設(shè)定值區(qū)數(shù)據(jù)，高溶解氧模糊控制查詢表選取高溶解氧區(qū)數(shù)據(jù)；最后將上述獲取的三部分?jǐn)?shù)據(jù)按對應(yīng)位置重新整合成一個新的模糊控制查詢表作為優(yōu)選方案1，在步驟e)實施模糊融合控制時，將溶解氧值劃分為4個區(qū)段分別進行控制，在(Tl. 4mg/L采用50Hz恒頻輸出；在I. 4 1· 9mg/L采用40Hz恒頻輸出；在I. 9 2. lmg/L采用模糊控制，其中I. 9 2. Omg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為30Hz和5Hz,2. Omg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為26Hz和3Hz，2. (Γ2. lmg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為22Hz和6Hz ;在大于2. lmg/L時，輸出頻率為0，停止曝氣。作為優(yōu)選方案2，在步驟e)實施模糊融合控制時，將溶解氧值劃分成6個區(qū)段分別進行控制，在(Tl. 4mg/L采用50Hz恒頻輸出；在I. 4 1· 7mg/L采用40Hz恒頻輸出；在
1.7^1. 9mg/L和2. I 2. 15mg/L采用PID控制，其中比例常數(shù)為O. 65、積分時間為0.01分鐘，微分時間為500分鐘；在I. 9 2. lmg/L采用模糊控制，其中I. 9 2. Omg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為30Hz和5Hz，2. Omg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為26Hz和3Hz，
2.(Γ2. lmg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為22Hz和6Hz ;在大于2. 15mg/L時，輸出頻率為O，停止曝氣。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下的有益效果I、本發(fā)明采用由模糊控制、開關(guān)控制和PID控制策略構(gòu)成的模糊融合控制技術(shù)設(shè)計算法對污水溶解氧濃度進行控制，并對模糊控制進行優(yōu)化重構(gòu)提高其控制精度，在污水溶解氧控制過程中將溶解氧值分為多個區(qū)段，對不同區(qū)段采用不同的控制形式，發(fā)揮各控制策略的優(yōu)勢，以期達到較優(yōu)的污水溶解氧濃度控制效果。2、本發(fā)明將溶解氧模糊融合控制算法應(yīng)用于對污水處理中溶解氧濃度的控制，一旦控制效果不滿意，可以改變模糊融合控制算法中的控制參數(shù)，使之達到滿意的效果，非常方便。


圖I為本發(fā)明的模糊融合控制算法流程圖。圖2為本發(fā)明實施例I溶解氧值各區(qū)段的示意圖。圖3為本發(fā)明實施例I的控制效果示意圖。圖4為本發(fā)明實施例2溶解氧值各區(qū)段的示意圖。圖5為本發(fā)明實施例2的控制效果示意圖。
具體實施方式

實施例I :本實施例的控制方法包括以下步驟I)以一臺研華610L工控機為上位機，利用組態(tài)王Kingview6. 53設(shè)計人機交互界面，以西門子S7-200PLC的CPU224作為下位機，并設(shè)計PLC控制程序，構(gòu)建一個污水處理自動控制實驗平臺，所述的污水處理自動控制實驗平臺還包括可連接各泵的SBR反應(yīng)器，在所述SBR反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有溶解氧傳感器；在所述PLC控制程序中開發(fā)溶解氧控制模塊，所述溶解氧控制模塊與溶解氧傳感器信號連接。2)污水處理自動控制實驗平臺處理的污水為造紙污水，其處理過程如下a)從某造紙廠進入SBR池的入水總管取出100L造紙污水，測得其COD為1195mg/L ；b)按照質(zhì)量比C0D:N:P=230:5:1添加尿素和磷酸，以補充營養(yǎng)元素N和P，加入尿素 5. 599g，85% 的磷酸 1.93g;c)將造紙污水置于實驗室，冷卻I天至室溫，待用；d)采用SBR工藝處理造紙污水，保持污水懸浮固體濃度MLSS在2. Og/L,在每個SBR周期內(nèi)加入3L造紙污水進行處理。其中，步驟a)所述100L造紙污水用4個25L等大的塑料容器盛裝；所述污水COD值通過美國HACH公司的DR1200C0D儀進行測定。步驟b)所述尿素的含N (氮)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46. 4% ;所述磷酸的含P (磷)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%。步驟(c)所述室溫為19.7°C。步驟(d)所述SBR工藝包括靜態(tài)進水、混合進水、曝氣進水、曝氣階段、混合階段、沉降階段、排泥階段和潷水階段，對應(yīng)各階段的時間分別為10分鐘、5分鐘、25分鐘、180分鐘、10分鐘、65分鐘、10分鐘和60分鐘，一個SBR周期為360分鐘。3)溶解氧控制模塊采用模糊融合控制技術(shù)設(shè)計的算法對污水溶解氧濃度進行控制，在整個控制過程中對模糊控制策略進行優(yōu)化重構(gòu)。如圖I所示，模糊融合控制技術(shù)設(shè)計的算法流程如下a)運行模糊控制查詢表的Matlab快速制取程序；b)分別制取低溶解氧、中心設(shè)定值和高溶解氧3個區(qū)域的模糊控制查詢表；c )對溶解氧模糊控制查詢表進行優(yōu)化重構(gòu)；d)獲得新的模糊控制查詢表；e)實施模糊融合控制；
f)如果控制效果不滿意，則改變中心頻率和擺動頻率的參數(shù)，返回步驟a);如果控制效果滿意，則結(jié)束控制。其中，溶解氧濃度設(shè)定值為2mg/L。溶解氧傳感器量程為(T20mg/L。溶解氧濃度對應(yīng)的PLC數(shù)值(即PLC控制器的內(nèi)部運行數(shù)值)為640(Γ32000。步驟b) 步驟d)具體步驟如下任意溶解氧值X，對應(yīng)的PLC數(shù)值y
權(quán)利要求
1.基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，其特征在于所述方法以工控機為上位機、以PLC控制器為下位機，共為主體構(gòu)建一個污水處理自動控制實驗平臺，對污水進行處理，包括以下步驟在所述PLC控制器中設(shè)置溶解氧控制模塊，該溶解氧控制模塊采用由模糊控制、開關(guān)控制和PID控制策略構(gòu)成的模糊融合控制技術(shù)設(shè)計的算法對污水溶解氧濃度進行控制，在整個控制過程中對模糊控制策略進行優(yōu)化重構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，其特征在于所述的污水處理自動控制實驗平臺還包括可連接各泵的SBR反應(yīng)器，在所述SBR反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置有溶解氧傳感器，該溶解氧傳感器與溶解氧控制模塊信號連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，其特征在于所述污水為合成污水或造紙污水。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，其特征在于所述造紙污水的處理過程包括 a)取IOOL造紙污水，測得其COD為1195mg/L； b)按照質(zhì)量比C0D:N:P=230:5:1添加尿素和磷酸，以補充營養(yǎng)元素N和P，加入尿素.5. 599g，85% 的磷酸 I. 93g ； c)將造紙污水置于實驗室，冷卻I天至室溫，待用； d)采用SBR工藝處理造紙污水，保持污水懸浮固體濃度MLSS在2.Og/L,在每個SBR周期內(nèi)加入3L造紙污水進行處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，其特征在于模糊融合控制技術(shù)設(shè)計的算法流程包括 a)運行模糊控制查詢表的Matlab快速制取程序； b)分別制取低溶解氧、中心設(shè)定值和高溶解氧3個區(qū)域的模糊控制查詢表； c)對溶解氧模糊控制查詢表進行優(yōu)化重構(gòu)； d)獲得新的模糊控制查詢表； e)實施模糊融合控制； f)如果控制效果不滿意，則改變中心頻率和擺動頻率的參數(shù)，返回步驟a);如果控制效果滿意，則結(jié)束控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，其特征在于所述溶解氧設(shè)定值為2mg/L，溶解氧傳感器量程為(T20mg/L，溶解氧濃度對應(yīng)的PLC數(shù)值為6400 32000。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，其特征在于步驟b)所述的模糊控制查詢表采用下式制取
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，其特征在于步驟c)對溶解氧模糊控制查詢表優(yōu)化重構(gòu)和步驟d)獲得新的模糊控制查詢表如下首先是確定低溶解氧區(qū)、中心行設(shè)定值區(qū)和高溶解氧區(qū)三個區(qū)域的中心頻率和擺動頻率，然后分別計算出三個模糊控制查詢表低溶解氧區(qū)模糊控制查詢表、設(shè)定值區(qū)模糊控制查詢表和高溶解氧區(qū)模糊控制查詢表；其次，低溶解氧區(qū)模糊控制查詢表選取低溶解氧區(qū)數(shù)據(jù)，設(shè)定值區(qū)溶解氧模糊控制查詢表選取設(shè)定值區(qū)數(shù)據(jù)，高溶解氧模糊控制查詢表選取高溶解氧區(qū)數(shù)據(jù)；最后將上述獲取的三部分?jǐn)?shù)據(jù)按對應(yīng)位置重新整合成一個新的模糊控制查詢表。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法1，其特征在于在步驟e)實施模糊融合控制時，將溶解氧值劃分為4個區(qū)段分別進行控制，在(Tl. 4mg/L采用50Hz恒頻輸出；在I. 4 1· 9mg/L采用40Hz恒頻輸出；在I. 9 2. lmg/L采用模糊控制，其中I. 9 2. Omg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為30Hz和5Hz，2. Omg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為26Hz和3Ηζ，2. (Γ2. lmg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為22Hz和6Hz ;在大于2. lmg/L時，輸出頻率為0，停止曝氣。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法2，其特征在于在步驟e)實施模糊融合控制時，將溶解氧值劃分成6個區(qū)段分別進行控制，在(Tl. 4mg/L采用50Hz恒頻輸出；在I. 4 1· 7mg/L采用40Hz恒頻輸出；在I. 7 I. 9mg/L和2. Γ2. 15mg/L采用PID控制，其中比例常數(shù)為O. 65、積分時間為O. 01分鐘，微分時間為500分鐘；在I. 9^2. lmg/L采用模糊控制，其中I. 9^2. Omg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為30Hz和5Hz，2. Omg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為26Hz和3Hz，2. 0 2. lmg/L時的中心頻率和擺動頻率分別為22Hz和6Hz ;在大于2. 15mg/L時，輸出頻率為0，停止曝氣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于模糊融合控制技術(shù)的污水溶解氧濃度控制方法，所述方法以工控機為上位機、以PLC控制器為下位機，共為主體構(gòu)建一個污水處理自動控制實驗平臺，對污水進行處理，包括以下步驟在所述PLC控制器中設(shè)置溶解氧控制模塊，該溶解氧控制模塊采用由模糊控制、開關(guān)控制和PID控制策略構(gòu)成的模糊融合控制技術(shù)設(shè)計的算法對污水溶解氧濃度進行控制，在整個控制過程中對模糊控制策略進行優(yōu)化重構(gòu)。本發(fā)明采用由模糊控制、開關(guān)控制和PID控制策略構(gòu)成的模糊融合控制技術(shù)設(shè)計的算法對溶解氧濃度進行控制，并對模糊控制策略進行優(yōu)化重構(gòu)提高其控制精度，在控制過程中將溶解氧值分為多個區(qū)段，對不同區(qū)段采用不同的控制形式，發(fā)揮各控制策略的優(yōu)勢。
文檔編號G05D11/00GK102830720SQ20121031347
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者沈文浩, 陶二盼, 寧利 申請人:華南理工大學(xué)