申请日2012.08.29
公开(公告)日2012.12.19
IPC分类号G05D11/00; C02F103/28; C02F3/12; C02F3/34
摘要
本发明公开了一种基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法，所述方法以工控机为上位机、以PLC控制器为下位机，共为主体构建一个污水处理自动控制实验平台，对污水进行处理，包括以下步骤：在所述PLC控制器中设置溶解氧控制模块，该溶解氧控制模块采用由模糊控制、开关控制和PID控制策略构成的模糊融合控制技术设计的算法对污水溶解氧浓度进行控制，在整个控制过程中对模糊控制策略进行优化重构。本发明采用由模糊控制、开关控制和PID控制策略构成的模糊融合控制技术设计的算法对溶解氧浓度进行控制，并对模糊控制策略进行优化重构提高其控制精度，在控制过程中将溶解氧值分为多个区段，对不同区段采用不同的控制形式，发挥各控制策略的优势。
权利要求书
1.基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法，其特征在于：所述方法以 工控机为上位机、以PLC控制器为下位机，共为主体构建一个污水处理自动控制实验 平台，对污水进行处理，包括以下步骤：在所述PLC控制器中设置溶解氧控制模块， 该溶解氧控制模块采用由模糊控制、开关控制和PID控制策略构成的模糊融合控制技 术设计的算法对污水溶解氧浓度进行控制，在整个控制过程中对模糊控制策略进行优 化重构。
2.根据权利要求1所述的基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法，其 特征在于：所述的污水处理自动控制实验平台还包括可连接各泵的SBR反应器，在所 述SBR反应器内设置有溶解氧传感器，该溶解氧传感器与溶解氧控制模块信号连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法， 其特征在于：所述污水为合成污水或造纸污水。
4.根据权利要求3所述的基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法，其 特征在于：所述造纸污水的处理过程包括：
a)取100L造纸污水，测得其COD为1195mg/L;
b)按照质量比COD:N:P=230:5:1添加尿素和磷酸，以补充营养元素N和P，加入 尿素5.599g，85%的磷酸1.93g;
c)将造纸污水置于实验室，冷却1天至室温，待用;
d)采用SBR工艺处理造纸污水，保持污水悬浮固体浓度MLSS在2.0g/L，在每 个SBR周期内加入3L造纸污水进行处理。
5.根据权利要求1或2所述的基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法， 其特征在于：模糊融合控制技术设计的算法流程包括：
a)运行模糊控制查询表的Matlab快速制取程序;
b)分别制取低溶解氧、中心设定值和高溶解氧3个区域的模糊控制查询表;
c)对溶解氧模糊控制查询表进行优化重构;
d)获得新的模糊控制查询表;
e)实施模糊融合控制;
f)如果控制效果不满意，则改变中心频率和摆动频率的参数，返回步骤a);如果 控制效果满意，则结束控制。
6.根据权利要求5所述的基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法，其 特征在于：所述溶解氧设定值为2mg/L，溶解氧传感器量程为0~20mg/L，溶解氧浓度 对应的PLC数值为6400~32000。
7.根据权利要求6所述的基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法，其 特征在于：步骤b)所述的模糊控制查询表采用下式制取：
其中，a是中心频率，b是摆动频率，u是论域范围为[-6,6]的13×13矩阵，ureal是 PLC数值，其输出为13×13的矩阵;通过该式求出其PLC数值，得到一个13×13矩 阵形式的模糊控制查询表，前6行为低溶解氧区、中心行为设定值区和后6行为高溶 解氧区。
8.根据权利要求7所述的基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法，其 特征在于：步骤c)对溶解氧模糊控制查询表优化重构和步骤d)获得新的模糊控制查 询表如下：
首先是确定低溶解氧区、中心行设定值区和高溶解氧区三个区域的中心频率和摆 动频率，然后分别计算出三个模糊控制查询表：低溶解氧区模糊控制查询表、设定值 区模糊控制查询表和高溶解氧区模糊控制查询表;其次，低溶解氧区模糊控制查询表 选取低溶解氧区数据，设定值区溶解氧模糊控制查询表选取设定值区数据，高溶解氧 模糊控制查询表选取高溶解氧区数据;最后将上述获取的三部分数据按对应位置重新 整合成一个新的模糊控制查询表。
9.根据权利要求8所述的基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法1， 其特征在于：在步骤e)实施模糊融合控制时，将溶解氧值划分为4个区段分别进行控 制，在0~1.4mg/L采用50Hz恒频输出;在1.4~1.9mg/L采用40Hz恒频输出;在 1.9~2.1mg/L采用模糊控制，其中1.9~2.0mg/L时的中心频率和摆动频率分别为30Hz 和5Hz，2.0mg/L时的中心频率和摆动频率分别为26Hz和3Hz，2.0~2.1mg/L时的中心 频率和摆动频率分别为22Hz和6Hz;在大于2.1mg/L时，输出频率为0，停止曝气。
10.根据权利要求8所述的基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法2， 其特征在于：在步骤e)实施模糊融合控制时，将溶解氧值划分成6个区段分别进行控 制，在0~1.4mg/L采用50Hz恒频输出;在1.4~1.7mg/L采用40Hz恒频输出;在 1.7~1.9mg/L和2.1~2.15mg/L采用PID控制，其中比例常数为0.65、积分时间为0.01 分钟，微分时间为500分钟;在1.9~2.1mg/L采用模糊控制，其中1.9~2.0mg/L时的中 心频率和摆动频率分别为30Hz和5Hz，2.0mg/L时的中心频率和摆动频率分别为26Hz 和3Hz，2.0~2.1mg/L时的中心频率和摆动频率分别为22Hz和6Hz;在大于2.15mg/L 时，输出频率为0，停止曝气。
说明书
基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法
技术领域
本发明涉及一种污水溶解氧浓度控制方法，尤其是一种基于模糊融合控制技术的 污水溶解氧浓度控制方法，属于控制技术领域。
背景技术
在污水处理过程中，尤其在利用微生物进行生化处理的过程中，对微生物生存环 境的控制很重要，而溶解氧浓度是非常重要的指标，直接反映生化反应过程中微生物 的生命特征和对污水的处理活性，相关文献表明溶解氧浓度2.0mg/L是生化反应的最 佳条件。由于污水溶解氧浓度控制无固有模型且具有很强非线性和动态性，而且溶解 氧传感器存在固有延时，因此采用传统PID控制方法往往难以满足控制要求，采用单 一的模糊控制方法往往控制精度并不高。
发明内容
本发明的目的，是为了解决上述现有技术的缺陷，提供了一种控制精度高的基于 模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法。
本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
基于模糊融合控制技术的污水溶解氧浓度控制方法，其特征在于：所述方法以工 控机为上位机、以PLC控制器为下位机，共为主体构建一个污水处理自动控制实验平 台，对污水进行处理，包括以下步骤：在所述PLC控制器中设置溶解氧控制模块，该 溶解氧控制模块采用由模糊控制、开关控制和PID控制策略构成的模糊融合控制技术 设计的算法对污水溶解氧浓度进行控制，在整个控制过程中对模糊控制策略进行优化 重构。
作为一种优选方案，所述的污水处理自动控制实验平台还包括可连接各泵的SBR 反应器，在所述SBR反应器内设置有溶解氧传感器，该溶解氧传感器与溶解氧控制模 块信号连接。
作为一种优选方案，所述污水为合成污水或造纸污水。
作为一种优选方案，所述造纸污水的处理过程包括：
a)取100L造纸污水，测得其COD为1195mg/L;
b)按照质量比COD:N:P=230:5:1添加尿素和磷酸，以补充营养元素N和P，加入 尿素5.599g，85%的磷酸1.93g;
c)将造纸污水置于实验室，冷却1天至室温，待用;
d)采用SBR工艺处理造纸污水，保持污水悬浮固体浓度MLSS在2.0g/L，在每 个SBR周期内加入3L造纸污水进行处理。
作为一种优选方案，模糊融合控制技术设计的算法流程包括：
a)运行模糊控制查询表的Matlab快速制取程序;
b)分别制取低溶解氧、中心设定值和高溶解氧3个区域的模糊控制查询表;
c)对溶解氧模糊控制查询表进行优化重构;
d)获得新的模糊控制查询表;
e)实施模糊融合控制;
f)如果控制效果不满意，则改变中心频率和摆动频率的参数，返回步骤a);如果 控制效果满意，则结束控制。
作为一种优选方案，所述溶解氧设定值为2mg/L，溶解氧传感器量程为0~20mg/L， 溶解氧浓度对应的PLC数值为6400~32000。
作为一种优选方案，步骤b)所述的模糊控制查询表采用下式制取：
其中，a是中心频率，b是摆动频率，u是论域范围为[-6,6]的13×13矩阵，ureal是 PLC数值，其输出为13×13的矩阵;通过该式求出其PLC数值，得到一个13×13矩 阵形式的模糊控制查询表，前6行为低溶解氧区、中心行为设定值区和后6行为高溶 解氧区。
作为一种优选方案：步骤c)对溶解氧模糊控制查询表优化重构和步骤d)获得新 的模糊控制查询表如下：
首先是确定低溶解氧区、中心行设定值区和高溶解氧区三个区域的中心频率和摆 动频率，然后分别计算出三个模糊控制查询表：低溶解氧区模糊控制查询表、设定值 区模糊控制查询表和高溶解氧区模糊控制查询表;其次低溶解氧区模糊控制查询表选 取低溶解氧区数据，设定值区溶解氧模糊控制查询表选取设定值区数据，高溶解氧模 糊控制查询表选取高溶解氧区数据;最后将上述获取的三部分数据按对应位置重新整 合成一个新的模糊控制查询表
作为优选方案1，在步骤e)实施模糊融合控制时，将溶解氧值划分为4个区段分 别进行控制，在0~1.4mg/L采用50Hz恒频输出;在1.4~1.9mg/L采用40Hz恒频输出; 在1.9~2.1mg/L采用模糊控制，其中1.9~2.0mg/L时的中心频率和摆动频率分别为30Hz 和5Hz，2.0mg/L时的中心频率和摆动频率分别为26Hz和3Hz，2.0~2.1mg/L时的中心 频率和摆动频率分别为22Hz和6Hz;在大于2.1mg/L时，输出频率为0，停止曝气。
作为优选方案2，在步骤e)实施模糊融合控制时，将溶解氧值划分成6个区段分 别进行控制，在0~1.4mg/L采用50Hz恒频输出;在1.4~1.7mg/L采用40Hz恒频输出; 在1.7~1.9mg/L和2.1~2.15mg/L采用PID控制，其中比例常数为0.65、积分时间为0.01 分钟，微分时间为500分钟;在1.9~2.1mg/L采用模糊控制，其中1.9~2.0mg/L时的中 心频率和摆动频率分别为30Hz和5Hz，2.0mg/L时的中心频率和摆动频率分别为26Hz 和3Hz，2.0~2.1mg/L时的中心频率和摆动频率分别为22Hz和6Hz;在大于2.15mg/L 时，输出频率为0，停止曝气。
本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
1、本发明采用由模糊控制、开关控制和PID控制策略构成的模糊融合控制技术设 计算法对污水溶解氧浓度进行控制，并对模糊控制进行优化重构提高其控制精度，在 污水溶解氧控制过程中将溶解氧值分为多个区段，对不同区段采用不同的控制形式， 发挥各控制策略的优势，以期达到较优的污水溶解氧浓度控制效果。
2、本发明将溶解氧模糊融合控制算法应用于对污水处理中溶解氧浓度的控制，一 旦控制效果不满意，可以改变模糊融合控制算法中的控制参数，使之达到满意的效果， 非常方便。
