先进控制理论在水厂混凝投药控制中的应用

论文摘要

随着我国城市建设的快速发展,对城市供水的质量要求越来越高,水处理过程的自动控制是保证供水质量的关键,而难点主要集中在混凝投药过程的自动控制。目前国内众多水厂采用的混凝投药控制方式主要是基于流动电流的反馈投药控制和基于传统数学模型的前馈反馈投药控制,控制效果都不太理想,存在沉淀池出水浊度波动大,药剂浪费严重等问题,因此本文主要研究基于先进控制理论的混凝投药自动控制问题。主要研究内容如下:(1)针对流动电流仪检测混凝反应的不准确性,利用多传感器信息融合技术,提出了一种新的混凝反应过程检测方法。该方法通过采集影响混凝反应的2个主要因素(源水浊度、源水流量)修正流动电流值,实现混凝反应的准确检测,为投药系统的优化控制打下基础。(2)为提高控制效果,提出了一种用于水处理混凝投药控制的模糊控制器。它能根据混凝投药过程出水浊度的状态,自动选取控制规则集,每种控制规则集能根据修正后的流动电流的偏差和偏差变化率来确定具体的控制规则,以此来适应混凝过程环境状态的变化。(3)为提高控制器的自适应性,提出了一种用于水处理混凝投药控制的模糊神经网络控制模型。它结合模糊控制器对不确定性信息的模糊处理能力和神经网络对样本数据的学习能力,能自适应的处理混凝投药控制的各种复杂情况,为水厂混凝投药控制的自动化提供一条新的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 混凝投药过程控制简介
• 1.2.1 手动控制阶段
• 1.2.2 自动控制阶段
• 1.2.3 智能控制阶段
• 1.3 混凝投药方式综述
• 1.3.1 重力式投药
• 1.3.2 泵前投加
• 1.4 混凝投药控制技术综述
• 1.4.1 经验目测法
• 1.4.2 烧杯试验法
• 1.4.3 模拟滤池法
• 1.4.4 数学模型法
• 1.4.5 流动电流法
• 1.4.6 透光率脉动法
• 1.5 先进控制理论的现状和发展
• 1.5.1 多传感器信息融合技术的现状及发展
• 1.5.2 模糊神经网络的现状及发展
• 1.6 本文主要研究方法和工作内容
• 第二章 先进控制的基本理论
• 2.1 多传感器信息融合技术
• 2.1.1 多传感器信息融合系统的构成
• 2.1.2 多传感器信息融合方法
• 2.1.3 多传感器信息融合关键技术
• 2.2 模糊控制技术
• 2.2.1 隶属度与模糊集合
• 2.2.2 模糊综合评价
• 2.2.3 模糊控制设计原理
• 2.2.4 模糊控制概述
• 2.2.5 模糊控制系统的组成
• 2.2.6 模糊控制器的设计
• 2.3 模糊神经网络理论基础
• 2.3.1 人工神经元模型
• 2.3.2 神经网络的学习方法
• 2.3.3 多层前向神经网络模型
• 2.3.4 模糊神经网络理论特性
• 2.3.5 神经网络和模糊系统的比较
• 2.3.6 神经网络与模糊技术的融合
• 2.3.7 模糊神经网络的结构和算法
• 2.3.8 模糊神经网络控制器的学习算法
• 2.4 小结
• 第三章 多传感器信息融合技术在混凝投药检测过程中的应用
• 3.1 混凝投药系统的传统检测方法分析
• 3.2 检测混凝效果的基于神经网络的多传感器信息融合方法
• 3.2.1 神经网络融合模型
• 3.2.2 神经网络的训练算法
• 3.2.3 神经网络的训练步骤
• 3.3 仿真实验
• 3.3.1 神经网络的训练
• 3.3.2 Matlab仿真结果及分析
• 3.4 小结
• 第四章 混凝投药过程的模糊控制
• 4.1 模糊综合评价因素
• 4.2 论域、量化因子、比例因子的选择
• 4.2.1 基本论域与论域
• 4.2.2 量化因子及比例因子的选择
• 4.2.3 模糊子集隶属度的选择
• 4.2.4 模糊控制规则的修订
• 4.3 模糊推理合成算法及模糊推理查表法的实现
• 4.3.1 模糊推理合成算法
• 4.3.2 模糊判决
• 4.3.3 模糊控制规则响应表的确定
• 4.3.4 模糊推理的查表法实现
• 4.4 Matlab仿真比较
• 4.5 小结
• 第五章 混凝投药过程的模糊神经网络控制
• 5.1 模糊神经网络控制系统概述
• 5.2 模糊神经网络控制系统的特点
• 5.3 模糊神经网络控制器的系统结构
• 5.4 模糊神经网络的结构辨识
• 5.5 动态模糊神经网络控制规则
• 5.5.1 模糊控制规则的产生
• 5.5.2 修剪不满意和冗余的规则
• 5.6 模糊隶属函数的修改
• 5.7 仿真实验
• 5.8 小结
• 第六章 先进控制理论在水厂混凝投药控制中的应用
• 6.1 水厂工艺及控制现状
• 6.2 混凝投药控制的数据来源
• 6.3 水厂投药控制系统的软硬件实现
• 6.3.1 混凝投药控制系统的硬件实现
• 6.3.2 混凝投药控制系统的软件实现
• 6.3.3 算法的离线再优化实现
• 6.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果