污水处理过程溶解氧模糊逻辑控制器设计(附件)
现如今污水处理使用最广泛的方法就是活性污泥法，但这种方法的水源质与量变化很大，微生物的生长与氧化反应过程复杂，这就导致污水处理过程会出现许多动态工程系统所具有的缺点。而本论文所研究的对象（溶解氧）是影响污水处理过程中微生物氧化反应的主要因素之一，却由于污水处理过程的非线性、不确定性，很难实现对其的控制。为此本论文提出了溶解氧模糊逻辑控制的方法，对其进行精确跟踪然后将它控制在期望的范围内。同时也设计了一个溶解氧模糊逻辑控制器，用来解决传统PID控制器所存在的问题，如参数整定不良、适应性较差、控制性能不好等缺点，最后在MATLAB软件中仿真得到实验结果，并对实验的结果进行了分析与讨论，验证了模糊控制的有效性。关键词 污水处理，溶解氧，模糊逻辑控制
目录
1 引言 1
1．1 论文的课题来源与课题意义 1
1.1.1 课题来源 1
1.1.2 课题意义 1
1．2 课题国内外发展状况 2
1．3课题主要研究内容 3
2 BSM1污水仿真平台 4
2．1BSM1的模型结构 4
2．2生化反应池模型 4
2.2.2 ASM1模型中的反应过程 5
2.2.3组分的观察性转化速率 7
2．3二沉池模型 9
2．4模型仿真 11
2．5本章小结 12
3模糊控制器的相关概述 12
3．1模糊控制理论 12
3．2模糊控制系统的组成 14
3.2.1模糊控制器 14
3．3模糊控制器的设计 16
3.3.1二维模糊控制器的结构 16
3.3.2确定量的模糊化 16
3.3.3模糊控制器控制规则的建立 16
3.3.4模糊推理与反模糊化 17
3．4本章小结 17
4污水处理过程溶解氧浓度的模糊逻辑控制 17
4．1溶解氧模糊控制的基本思想 17
4．2溶解氧模糊控制系统的建立 18
4.3 仿真实验与分析 18
4.3.1仿真与分析 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
4.3.2结论 23
4.3本章小结 23
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 引言
1．1 论文的课题来源与课题意义
1.1.1 课题来源
当下的中国正处于经济社会政治都快速发展的时代，人们的生活质量越来越高，但生活的环境却越来越差。许多人已经意识到了中国的环境已经大不如前了。白色污染，空气污染，噪声污染等等都是越来越严重，在这些污染之中，水污染更是直接威胁到了国人的生命安全和其他物种的生存了。当然，这一严重问题不仅仅困扰着中国，同样也存在于世界各个国家，而且也引起了全世界的发达国家的重视，因此提出了《人类环境宣言》；而中国最近也提出了“一带一路，碧水蓝天”的口号。当然不仅是人们的生活用水的质量要求变高了，如今现代工业中的生产技术和设备对于水质量的要求也是越来越高了。这也是影响当代工业发展的重要原因之一。然而我国工业用水方面却存在着许多问题，例如用水消耗量大，水的重复利用率低，并且排出的废水污水严重超标等等。这些都是关于我国工业系统中水资源利用的尤为突出并且难以解决的问题。不仅如此，由于废水污水的处理不到位，排放后更是会影响干净的水源，这就会让本就紧缺的水资源不断减少，水质更加的差，水污染更为严峻等等。根据调查显示，之所以我国有三亿左右的人饮水出现了隐患，都是因为水源污染，而在这三亿人之中有三分之二饮用的是严重超标的水。更令人担忧是有关气象学家的预测，到2100年，全世界将有三分之一的地表土地会变为沙漠，是由于全球变暖导致的，同时必将带来干旱，到那时候水污染与干旱必将对全世界所有人的生命产生威胁。这些令人恐惧的结局有很大一部原因是水污染造成的，所以有关污水处理的项目的实施真的是迫在眉睫。
1.1.2 课题意义
污水处理是为了让排放的废水或污水达到排水的某一水体或者是为了让水质达到能够再次使用的要求的净化过程。它是将污染物从污水之中分离出来或者是将污水中的有毒有害的物质转化为无毒无害的稳定物质作为主要任务的。迄今为止，各种各样的污水处理方法已经被世界上许多发达的国家研制出来了，但是想要完美地发挥这些处理方法，并且让着污水处理系统能够连续稳定地运行同时还要完成出水水质达到标准的任务，这就不得不应用自动控制原理了。因此如何提高污水处理过程中的自动化程度就成为了污水处理的核心问题之一了。而现代控制正巧也处于快速发展的阶段，也出现了智能控制理论，所以我认为污水处理行业的未来必是一片光明。本文所涉及的模糊逻辑控制理论也是智能控制的一个重要分支，而它能够在污水处理领域得到很好地运用就是因为其简单、便与应用、抗干扰能力强等特点。
1．2 课题国内外发展状况
国家有关科技攻关课题的计划是从1986年开始的，我国的污水处理、净化和再利用等技术的起步较晚，仍处于发展阶段，同时发展的速度不算快（主要依靠引进国外先进的污水处理技术），而且还没有独立建立完备自动化系统的能力。但经历了十五年时间，这段时间我国科研人员经过不断地努力，在污水处理，污泥处理，污水净化回用等技术上取得了骄人的成绩，其中有部分项目是已经达到了国际的领先水平。随着我国计算机技术与自动控制技术的迅速发展，我国污水处理行业的发展速度和自动化程度也得到了很大提升，同时为了学习新的国外的先进的技术，国家也引进了很多国外的先进的污水处理专用设备，比如鼓风机、除砂机、曝气机等等。当然国家不仅引进国外的先进的机械设备，更是引进国外先进的技术，就如活性污泥法污水处理技术，就得到了很好地应用。虽然还没实现完全自动化，但相比于以前单一功能的废水处理技术已经有了很大的进步了。而为了提高自动化程度就必须利用现代控制原理，所以国家需要一批精通现代控制理论的人才。
所以在国家在污水处理行业投入大量人力物力的同时，为了培养更多的精通现代控制理论的人才，全国各个高校与研究所都在开展智能控制理论与应用的研究。而现代控制理论中模糊逻辑控制拥有两个无法超越的优点，它不需要对被控变量建立精确的数学模型，它可以简单、有效地完成人的控制策略与经验。同时模糊控制的系统的具有很强的鲁棒性，所以干扰和参数变化对于它的控制效果影响不大，和常规的PID控制相比，解决了参数整定不良、适应性较差、控制性能不好等问题，能得到更好地控制效果。所以大多数高校开展的都是关于模糊控制理论的研究，例如模糊集成控制系统与控制器的设计方法，自适应模糊控制、神经模糊控制的分析与设计以及模糊控制稳定性改善等的研究等等。
目录
1 引言 1
1．1 论文的课题来源与课题意义 1
1.1.1 课题来源 1
1.1.2 课题意义 1
1．2 课题国内外发展状况 2
1．3课题主要研究内容 3
2 BSM1污水仿真平台 4
2．1BSM1的模型结构 4
2．2生化反应池模型 4
2.2.2 ASM1模型中的反应过程 5
2.2.3组分的观察性转化速率 7
2．3二沉池模型 9
2．4模型仿真 11
2．5本章小结 12
3模糊控制器的相关概述 12
3．1模糊控制理论 12
3．2模糊控制系统的组成 14
3.2.1模糊控制器 14
3．3模糊控制器的设计 16
3.3.1二维模糊控制器的结构 16
3.3.2确定量的模糊化 16
3.3.3模糊控制器控制规则的建立 16
3.3.4模糊推理与反模糊化 17
3．4本章小结 17
4污水处理过程溶解氧浓度的模糊逻辑控制 17
4．1溶解氧模糊控制的基本思想 17
4．2溶解氧模糊控制系统的建立 18
4.3 仿真实验与分析 18
4.3.1仿真与分析 18
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
4.3.2结论 23
4.3本章小结 23
结 论 24
致 谢 25
参 考 文 献 26
1 引言
1．1 论文的课题来源与课题意义
1.1.1 课题来源
当下的中国正处于经济社会政治都快速发展的时代，人们的生活质量越来越高，但生活的环境却越来越差。许多人已经意识到了中国的环境已经大不如前了。白色污染，空气污染，噪声污染等等都是越来越严重，在这些污染之中，水污染更是直接威胁到了国人的生命安全和其他物种的生存了。当然，这一严重问题不仅仅困扰着中国，同样也存在于世界各个国家，而且也引起了全世界的发达国家的重视，因此提出了《人类环境宣言》；而中国最近也提出了“一带一路，碧水蓝天”的口号。当然不仅是人们的生活用水的质量要求变高了，如今现代工业中的生产技术和设备对于水质量的要求也是越来越高了。这也是影响当代工业发展的重要原因之一。然而我国工业用水方面却存在着许多问题，例如用水消耗量大，水的重复利用率低，并且排出的废水污水严重超标等等。这些都是关于我国工业系统中水资源利用的尤为突出并且难以解决的问题。不仅如此，由于废水污水的处理不到位，排放后更是会影响干净的水源，这就会让本就紧缺的水资源不断减少，水质更加的差，水污染更为严峻等等。根据调查显示，之所以我国有三亿左右的人饮水出现了隐患，都是因为水源污染，而在这三亿人之中有三分之二饮用的是严重超标的水。更令人担忧是有关气象学家的预测，到2100年，全世界将有三分之一的地表土地会变为沙漠，是由于全球变暖导致的，同时必将带来干旱，到那时候水污染与干旱必将对全世界所有人的生命产生威胁。这些令人恐惧的结局有很大一部原因是水污染造成的，所以有关污水处理的项目的实施真的是迫在眉睫。
1.1.2 课题意义
污水处理是为了让排放的废水或污水达到排水的某一水体或者是为了让水质达到能够再次使用的要求的净化过程。它是将污染物从污水之中分离出来或者是将污水中的有毒有害的物质转化为无毒无害的稳定物质作为主要任务的。迄今为止，各种各样的污水处理方法已经被世界上许多发达的国家研制出来了，但是想要完美地发挥这些处理方法，并且让着污水处理系统能够连续稳定地运行同时还要完成出水水质达到标准的任务，这就不得不应用自动控制原理了。因此如何提高污水处理过程中的自动化程度就成为了污水处理的核心问题之一了。而现代控制正巧也处于快速发展的阶段，也出现了智能控制理论，所以我认为污水处理行业的未来必是一片光明。本文所涉及的模糊逻辑控制理论也是智能控制的一个重要分支，而它能够在污水处理领域得到很好地运用就是因为其简单、便与应用、抗干扰能力强等特点。
1．2 课题国内外发展状况
国家有关科技攻关课题的计划是从1986年开始的，我国的污水处理、净化和再利用等技术的起步较晚，仍处于发展阶段，同时发展的速度不算快（主要依靠引进国外先进的污水处理技术），而且还没有独立建立完备自动化系统的能力。但经历了十五年时间，这段时间我国科研人员经过不断地努力，在污水处理，污泥处理，污水净化回用等技术上取得了骄人的成绩，其中有部分项目是已经达到了国际的领先水平。随着我国计算机技术与自动控制技术的迅速发展，我国污水处理行业的发展速度和自动化程度也得到了很大提升，同时为了学习新的国外的先进的技术，国家也引进了很多国外的先进的污水处理专用设备，比如鼓风机、除砂机、曝气机等等。当然国家不仅引进国外的先进的机械设备，更是引进国外先进的技术，就如活性污泥法污水处理技术，就得到了很好地应用。虽然还没实现完全自动化，但相比于以前单一功能的废水处理技术已经有了很大的进步了。而为了提高自动化程度就必须利用现代控制原理，所以国家需要一批精通现代控制理论的人才。
所以在国家在污水处理行业投入大量人力物力的同时，为了培养更多的精通现代控制理论的人才，全国各个高校与研究所都在开展智能控制理论与应用的研究。而现代控制理论中模糊逻辑控制拥有两个无法超越的优点，它不需要对被控变量建立精确的数学模型，它可以简单、有效地完成人的控制策略与经验。同时模糊控制的系统的具有很强的鲁棒性，所以干扰和参数变化对于它的控制效果影响不大，和常规的PID控制相比，解决了参数整定不良、适应性较差、控制性能不好等问题，能得到更好地控制效果。所以大多数高校开展的都是关于模糊控制理论的研究，例如模糊集成控制系统与控制器的设计方法，自适应模糊控制、神经模糊控制的分析与设计以及模糊控制稳定性改善等的研究等等。
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