混凝投藥過(guò)程非線性預(yù)測(cè)控制研究.pdf

1、混凝過(guò)程是自來(lái)水生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，該過(guò)程通過(guò)投加藥劑去除原水中的懸浮物和其它有害物質(zhì)，達(dá)到凈化的目的。由于混凝投藥過(guò)程是一復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，對(duì)其控制需要處理非線性、時(shí)滯和隨機(jī)等難題。本文以黑龍江省科技攻關(guān)項(xiàng)目《北方高寒地區(qū)小城鎮(zhèn)（區(qū)）生活污水處理與回用集成技術(shù)應(yīng)用研究》（編號(hào)GB05C20202）和橫向項(xiàng)目《制水廠混凝過(guò)程模型及自動(dòng)投藥系統(tǒng)》為背景，研究水源水質(zhì)預(yù)報(bào)、混凝投藥控制策略，開(kāi)發(fā)混凝投藥監(jiān)控裝置。
　　數(shù)學(xué)模型是混凝

2、投藥控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。然而，混凝過(guò)程機(jī)理復(fù)雜，難于從理論上進(jìn)行建模。本文采用實(shí)驗(yàn)建模方法，分別建立混凝投藥過(guò)程的線性模型和非線性模型。在線性建模中，將混凝過(guò)程模型分解為確定性和隨機(jī)性兩部分，對(duì)其分別建模。其中，確定性模型通過(guò)實(shí)驗(yàn)建模法求取，隨機(jī)模型采用ARIMA模型對(duì)混凝過(guò)程擬合得到；在非線性建模中，混凝過(guò)程采用Hammerstein模型，以QPSO算法辨識(shí)過(guò)程參數(shù)。
　　原水水質(zhì)影響后續(xù)工藝過(guò)程，也影響出水水質(zhì)。開(kāi)展水源

3、水質(zhì)預(yù)報(bào)，提前預(yù)知其變化規(guī)律并提供給控制系統(tǒng)，不但能夠使投藥精度得到提高，而且還可掌握水質(zhì)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，為分析判斷事故原因及危害性，開(kāi)展水環(huán)境水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和手段。原水濁度具有非線性、非平穩(wěn)等特性，針對(duì)這些特點(diǎn)，本文分別采用線性和非線性方法對(duì)其進(jìn)行預(yù)報(bào)研究。對(duì)非平穩(wěn)時(shí)間序列進(jìn)行平穩(wěn)化處理，然后采用基于自相關(guān)法的AR模型法進(jìn)行水質(zhì)預(yù)報(bào)；應(yīng)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)報(bào)時(shí)采用相空間重構(gòu)的方法，在所采集數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上增加數(shù)據(jù)的信息量，

4、提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度；應(yīng)用支持向量機(jī)與經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解相結(jié)合進(jìn)行預(yù)報(bào)時(shí)，將原始濁度序列在時(shí)頻空間分解為多個(gè)固有模態(tài)分量，分別采用支持向量機(jī)法對(duì)各模態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后合成為濁度序列預(yù)測(cè)。最后通過(guò)仿真分析、比較各方法的性能。
　　預(yù)測(cè)控制能夠適應(yīng)具有非線性、時(shí)變、時(shí)滯、不確定等特性的對(duì)象，基于非參數(shù)模型的動(dòng)態(tài)矩陣控制和基于線性參數(shù)模型的廣義預(yù)測(cè)控制等預(yù)測(cè)控制算法已經(jīng)在工業(yè)過(guò)程控制中得到成功的運(yùn)用。針對(duì)混凝投藥控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本文對(duì)混凝投藥過(guò)程的

5、預(yù)測(cè)控制算法進(jìn)行研究。文中對(duì)經(jīng)典預(yù)測(cè)控制方法DMC算法進(jìn)行改進(jìn)，用DMC模型簡(jiǎn)化和預(yù)報(bào)誤差校正結(jié)合的方法減少計(jì)算量，提高實(shí)時(shí)性，并解決模型失配問(wèn)題；研究基于一維黃金分割法求解控制律的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制方法，給出其偏差控制算法和控制律求解過(guò)程；研究基于Hammerstein模型的非線性預(yù)測(cè)控制，給出其控制律算法；通過(guò)仿真驗(yàn)證上述幾種算法的有效性。
　　在前述研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上，研究基于LonWorks技術(shù)的混凝投藥過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)