專利名稱：基于非線性模型預測的污水處理過程多目標控制方法
技術領域：
本發(fā)明利用基于非線性模型預測控制方法實現污水處理過程中溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(S1J濃度的控制，溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(S1J的濃度直接決定了污水處理的效果，對出水水質和能耗有著重要影響。污水處理過程中溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(Sno)的控制作為污水處理的重要環(huán)節(jié)，是先進制造技術領域的重要分支，既屬于控制領域，又屬于水處理領域。
背景技術：
隨著國民經濟的增長和公眾環(huán)保意識的增強，污水處理自動化技術迎來了前所未有的發(fā)展機遇。國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃中提出要研究并推廣高效、低能耗的污水處理新技術。因此，本發(fā)明的研究成果具有廣闊的應用前景。硝化反應過程是在有氧條件下發(fā)生的，溶解氧濃度的大小直接影響了硝化反應進程，溶解氧濃度變大時，系統(tǒng)中出水氨氮和總氮的濃度就會呈下降趨勢，但是當溶解氧濃度達到一定值時，出水中的氨氮的變化幅度就減弱了，而且總氮也受硝態(tài)氮的影響，硝態(tài)氮增加時，總氮濃度也會升高。同時，反硝化反應過程是在缺氧環(huán)境下進行的，缺氧區(qū)的硝態(tài)氮濃度是衡量脫氮效果的重要指標，它反映了反硝化反應過程的進程，將硝態(tài)氮濃度控制在一個合適的范圍內，能夠提高反硝化反應的潛力。因此，對曝氣池中溶解氧和硝態(tài)氮的控制非常重要，需要將溶解氧和硝態(tài)氮濃度控制在一定范圍內，才能高效利用硝化反應的潛力。傳統(tǒng)的開關控制或者PID控制，雖然是當前應用較為廣泛的控制方法，但是由于氧氣的溶解過程受入水水質、溫度和PH值等方面的影響，具有高度非線性、強耦合性、時變、大滯后和不確定性等特點。采用傳統(tǒng)的開關控制或者PID控制方法自適應能力較差，往往不能取得理想的控制效果。同時，由于污水處理過程具有滯后特性，精確表述控制變量與控制目標之間的關系十分困難。目前，污水處理過程模型結構復雜、待整定參數過多，可辨識性差，不能動態(tài)地反應出操作變量與控制目標之間的蘊含關系，無法用于在線控制。另夕卜，污水中污染物的數量多、含量各異，對檢測是一大挑戰(zhàn)。因此，必須尋求新的控制方法，以滿足污水處理過程控制的需要。優(yōu)良的控制可以節(jié)省污水處理運行費用，同時也是減少和應對異常工況發(fā)生、保障污水處理過程正常運行的關鍵。此外，通過提高污水處理過程自動化水平，還可以有效地減少運行管理和操作人員，降低運行費用。本發(fā)明設計了一種基于非線性模型預測的多目標控制方法，通過構建污水處理過程模型，利用模型預測的方法實現對污水處理過程中溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(S1J的在線控制。

發(fā)明內容
本發(fā)明獲得了一種溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(Sno)濃度的控制方法，該控制器基于非線性模型預測的方法，通過構建污水處理過程的模型，分析污水處理過程，同時利用模型預測的控制方法提高控制能力；解決了控制器根據環(huán)境自動調整的問題，通過控制污水處理過程中的曝氣量和內循環(huán)回流量從而達到控制DO和Sm濃度的目的；提高了污水處理過程中DO和Sno控制的精度，保障污水處理過程正常運行；本發(fā)明采用了如下的技術方案及實現步驟:1.基于非線性模型預測的溶解氧DO和硝態(tài)氮Sito控制方法的設計，其特征在于，包括以下步驟:(I)確定控制對象；本發(fā)明主要針對序批式間歇活性污泥系統(tǒng)中溶解氧和硝態(tài)氮進行控制，以曝氣量和內循環(huán)回流量為控制量，溶解氧和硝態(tài)氮濃度為被控量；(2)設計用于污水處理過程中溶解氧和硝態(tài)氮模型預測控制方法的多目標函數
權利要求
1.基于非線性模型預測的污水處理過程多目標控制方法，其特征包括以下步驟: (1)確定控制對象；針對序批式間歇活性污泥系統(tǒng)中溶解氧和硝態(tài)氮進行控制，以曝氣量和內循環(huán)回流量為控制量，溶解氧和硝態(tài)氮濃度為被控量； (2)設計用于污水處理過程中溶解氧和硝態(tài)氮模型預測控制方法的多目標函數:
全文摘要
針對污水處理過程高度非線性、強耦合性、時變、大滯后和不確定性嚴重等特點，本發(fā)明提出一種基于非線性模型預測的污水處理過程多目標控制方法，實現對污水處理過程中溶解氧(DO)和硝態(tài)氮(SNO)濃度的控制；該控制方法通過建立污水處理過程預測模型，利用非線性模型預測控制方法進行多目標控制，從而提高控制效果，能夠快速、準確地使溶解氧和硝態(tài)氮達到期望要求；解決了當前基于開關控制和PID控制自適應能力較差的問題；實驗結果表明該方法能夠快速、準確地控制溶解氧和硝態(tài)氮濃度，具有較強的自適應能力，提高污水處理的質量和效率、降低污水處理成本，促進污水處理廠高效穩(wěn)定運行。
文檔編號G05B13/04GK103197544SQ20131005905
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權日2013年2月25日
發(fā)明者韓紅桂, 伍小龍, 王麗丹, 喬俊飛 申請人:北京工業(yè)大學