混凝投藥過程非線性預測控制研究.pdf

1、混凝過程是自來水生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)之一，該過程通過投加藥劑去除原水中的懸浮物和其它有害物質(zhì)，達到凈化的目的。由于混凝投藥過程是一復雜的物理化學過程，對其控制需要處理非線性、時滯和隨機等難題。本文以黑龍江省科技攻關項目《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應用研究》（編號GB05C20202）和橫向項目《制水廠混凝過程模型及自動投藥系統(tǒng)》為背景，研究水源水質(zhì)預報、混凝投藥控制策略，開發(fā)混凝投藥監(jiān)控裝置。
　　數(shù)學模型是混凝

2、投藥控制系統(tǒng)分析與設計的基礎。然而，混凝過程機理復雜，難于從理論上進行建模。本文采用實驗建模方法，分別建立混凝投藥過程的線性模型和非線性模型。在線性建模中，將混凝過程模型分解為確定性和隨機性兩部分，對其分別建模。其中，確定性模型通過實驗建模法求取，隨機模型采用ARIMA模型對混凝過程擬合得到；在非線性建模中，混凝過程采用Hammerstein模型，以QPSO算法辨識過程參數(shù)。
　　原水水質(zhì)影響后續(xù)工藝過程，也影響出水水質(zhì)。開展水源

3、水質(zhì)預報，提前預知其變化規(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，為分析判斷事故原因及危害性，開展水環(huán)境水資源質(zhì)量評價提供基礎數(shù)據(jù)和手段。原水濁度具有非線性、非平穩(wěn)等特性，針對這些特點，本文分別采用線性和非線性方法對其進行預報研究。對非平穩(wěn)時間序列進行平穩(wěn)化處理，然后采用基于自相關法的AR模型法進行水質(zhì)預報；應用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡進行預報時采用相空間重構的方法，在所采集數(shù)據(jù)的基礎上增加數(shù)據(jù)的信息量，

4、提高預測的準確度；應用支持向量機與經(jīng)驗模態(tài)分解相結(jié)合進行預報時，將原始濁度序列在時頻空間分解為多個固有模態(tài)分量，分別采用支持向量機法對各模態(tài)進行預測，然后合成為濁度序列預測。最后通過仿真分析、比較各方法的性能。
　　預測控制能夠適應具有非線性、時變、時滯、不確定等特性的對象，基于非參數(shù)模型的動態(tài)矩陣控制和基于線性參數(shù)模型的廣義預測控制等預測控制算法已經(jīng)在工業(yè)過程控制中得到成功的運用。針對混凝投藥控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀，本文對混凝投藥過程的

5、預測控制算法進行研究。文中對經(jīng)典預測控制方法DMC算法進行改進，用DMC模型簡化和預報誤差校正結(jié)合的方法減少計算量，提高實時性，并解決模型失配問題；研究基于一維黃金分割法求解控制律的RBF神經(jīng)網(wǎng)絡預測控制方法，給出其偏差控制算法和控制律求解過程；研究基于Hammerstein模型的非線性預測控制，給出其控制律算法；通過仿真驗證上述幾種算法的有效性。
　　在前述研究內(nèi)容的基礎上，研究基于LonWorks技術的混凝投藥過程監(jiān)控系統(tǒng)設計