基于软测量和预测控制的曝气池节能技术研究

【摘要】： 近年来,我国大力提倡节能降耗,要求对重大的耗能项目进行改制改建,鼓励和引导传统产业向新能源及低碳经济模式转变,污水处理厂作为重大能耗企业,降低能耗刻不容缓。据调查可知,目前国内采用活性污泥法的污水处理厂每年的曝气池鼓风机的用电量占该厂总能耗的55%~65%。据国内外发展现状看,国内的污水处理的具体能耗与国外差距较大,这是因为国内外污水处理厂的运行机制不相同,国内在控制方面与国外先进水平存在差距,污水处理厂的鼓风机常常在满功率的情况下以保证出水指标来进行曝气池曝气,浪费电能。 本文基于支持向量机的软测量方法和非线性预测控制,针对污水处理的鼓风机曝气控制系统进行改造研究,以达到降低能耗的作用。所做的工作主要包括: 1.介绍课题研究的背景以及意义,总结污水处理过程中曝气系统控制技术的国内外发展现状。 2.介绍控制原理和方法,详细阐述目前国内污水处理厂采取的针对鼓风机调节的两种控制方案,结合污水处理厂现有控制系统,介绍可应用的污水处理曝气控制方法。 3.介绍成都市排水公司某污水处理厂的现状,详细分析鼓风曝气系统的硬件组成,结合实际提出了改进的硬件方案,包括传感器,鼓风机,PLC的选择配置。 4.介绍软测量原理和方法,基于采集的数据采取了改进的支持向量机方法对溶解氧进行软测量,提高了预测的精准度,利于对鼓风机的正确调节。 5.分析污水处理的ASM模型,建立以溶解氧浓度为控制对象的非线性预测控制模型,并对该方法以及常用PI控制进行仿真对比,指出非线性预测控制法具有更大的优越性,有望实现对成都市排水公司某污水处理厂鼓风曝气系统精确控制和节能的目的。 【关键词】：支持向量机 软测量 节能降耗 曝气池节能 预测控制
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-18
• 1.1 课题研究背景及意义12-14
• 1.2 控制技术在污水处理中的研究现状14-16
• 1.3 论文工作及主要结构16-18
• 第二章 常用的控制方法研究18-28
• 2.1 控制原理介绍18-23
• 2.1.1 自动控制发展以及工作原理18-19
• 2.1.2 传统PID 控制19-20
• 2.1.3 纯滞后PID 控制算法20-23
• 2.2 污水处理曝气系统控制方案23-25
• 2.2.1 定值反馈控制方案23
• 2.2.2 串级PI 控制方案23-25
• 2.3 预测控制介绍25-27
• 2.3.1 预测控制原理和发展25-26
• 2.3.2 非线性预测控制算法26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 曝气系统工作原理及能耗分析28-39
• 3.1 成都市某污水处理厂现状调研28-32
• 3.1.1 工程概况28-30
• 3.1.2 污水处理工艺概况30
• 3.1.3 系统硬件构成以及运行状况30-32
• 3.2 鼓风曝气自动控制系统研究32-39
• 3.2.1 鼓风机运行原理与曝气系统能耗关系32-33
• 3.2.2 曝气池鼓风系统硬件设计33-39
• 第四章 基于支持向量机的软测量在曝气系统中的应用39-52
• 4.1 软测量技术39-42
• 4.1.1 软测量技术的必要性39
• 4.1.2 软测量方法模型39-40
• 4.1.3 软测量的流程40-42
• 4.2 支持向量机原理及应用42-46
• 4.2.1 统计学方法简介42-43
• 4.2.2 用于软测量的回归支持向量机43-46
• 4.3 基于支持向量机的DO 软测量46-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 鼓风机曝气系统的预测控制研究52-65
• 5.1 控制方案设计与比较52-59
• 5.1.1 基于PI 的串级DO 控制方案53-55
• 5.1.2 基于预测控制算法的串级DO 控制55-59
• 5.2 控制仿真结果对比59-64
• 5.2.1 PI 串级控制的仿真结果59-61
• 5.2.2 NMPC 控制仿真结果61-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第六章 结论与展望65-66
• 6.1 结论65
• 6.2 后续工作展望65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间的研究成果70-71

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