在(zai)活性(xing)污泥法(fa)(fa)污水(shui)生化處理過程(cheng)的(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)研(yan)究中，可以作(zuo)為受(shou)控(kong)(kong)變(bian)量(liang)和(he)操(cao)作(zuo)變(bian)量(liang)的(de)(de)有許多，如何(he)進行(xing)輸入輸出(chu)變(bian)量(liang)配對，已經有一些經驗法(fa)(fa)則，一般是與(yu)具體的(de)(de)工藝(yi)流(liu)程(cheng)配置有關(guan)的(de)(de)。由(you)于生化反(fan)應器內各子過程(cheng)以及與(yu)二(er)次沉降池之間(jian)的(de)(de)參數存在(zai)相互關(guan)聯(lian)，采用單回路控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)時系統間(jian)必(bi)然存在(zai)耦合現象。因此在(zai)設計控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統時，更多地應該把生化反(fan)應過程(cheng)的(de)(de)主要(yao)受(shou)控(kong)(kong)變(bian)量(liang)和(he)操(cao)作(zuo)變(bian)量(liang)作(zuo)為一個整(zheng)體考慮，即構(gou)造多變(bian)量(liang)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)系統。

本文以體現系(xi)統內(nei)部硝化(hua)(hua)及(ji)(ji)反(fan)硝化(hua)(hua)生化(hua)(hua)反(fan)應進展(zhan)狀況的2號生化(hua)(hua)反(fan)應器中的氨氮(dan)(dan)與硝酸氮(dan)(dan)濃度為(wei)被控(kong)(kong)對象，以溶解(jie)氧設定值(DO)及(ji)(ji)內(nei)循環(huan)流(liu)量(liang)為(wei)操作(zuo)變量(liang)，采用活性污泥1號模型(AsM1)為(wei)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)器設計模型，設計了多變量(liang)預測(ce)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)算法(fa)。通(tong)過對ASM1模型的閉環(huan)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)仿真，結果表明多變量(liang)預測(ce)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)與傳(chuan)統的帶(dai)解(jie)耦(ou)比例積分(fen)微分(fen)(PID)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)相(xiang)比，在(zai)解(jie)耦(ou)和動(dong)態性能等方面具有更好的控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)品質。

1 系統描述與控制方案設計

1．1 數學模(mo)型分析(xi)

典型(xing)的活性污(wu)泥法污(wu)水生化處理過(guo)程包括生化反(fan)應池(chi)(chi)(chi)(chi)和沉淀(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)，如圖1所示(shi)。其(qi)中反(fan)應池(chi)(chi)(chi)(chi)分(fen)為(wei)5個(ge)池(chi)(chi)(chi)(chi)，沉淀(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)分(fen)為(wei)1O層。其(qi)數學(xue)模(mo)型(xing)由于其(qi)內部復(fu)雜(za)的機(ji)理關系而(er)非常(chang)復(fu)雜(za)，最常(chang)用的數學(xue)模(mo)型(xing)是國際水質協會1986年(nian)推出(chu)的ASM1模(mo)型(xing)n]，包含13種組分(fen)的變(bian)量(liang)，在(zai)流通中進行8個(ge)子反(fan)應過(guo)程。在(zai)每個(ge)生化反(fan)應池(chi)(chi)(chi)(chi)中，物料變(bian)化遵循物料平衡公式：

累積量 - 反應生成(cheng)量 + 輸入量 - 輸出量(1)

沉(chen)淀(dian)池的(de)數(shu)學模型采(cai)用Takacs等。開發的(de)二次指(zhi)數(shu)沉(chen)淀(dian)速率(lv)模型模擬沉(chen)淀(dian)過程。由于在(zai)進行污(wu)水生化(hua)處理(li)過程中的(de)氮去(qu)除時(shi)，主要是控制生化(hua)反(fan)應中的(de)硝化(hua)及反(fan)硝化(hua)反(fan)廊講程，缺氧區的(de)末端即(ji)2號反(fan)應器內的(de)S N0和(he)S NH 最為關鍵，因此可將該(gai)號反(fan)應器內的(de)S N0和(he)S NH 作為被控變量。

1．2 控制系統結(jie)構分析

對ASM1模型來說，污水(shui)處理的水(shui)質(zhi)控制指標一般是S N0和S NH 若采用單回路(lu)PID控制，當內循(xun)環流量Q和溶解氧濃度DO變化(hua)(hua)時(shi)S N0和S NH 都(dou)將隨之變化(hua)(hua)，兩路(lu)輸入與兩路(lu)輸出(chu)之間存(cun)在交叉耦(ou)合關(guan)系。

相對增益矩陣(RGA)[3]可用(yong)來分析多變(bian)(bian)量(liang)(liang)系(xi)統的變(bian)(bian)量(liang)(liang)間(jian)耦合(he)關(guan)系(xi)，矩陣的各個(ge)元素反映(ying)了各輸出變(bian)(bian)量(liang)(liang)受輸入變(bian)(bian)量(liang)(liang)影響的程度。對ASM1模型在MATLAB／SIMULINK環(huan)境下進行仿真計(ji)算，得到內循(xun)環(huan)流(liu)量(liang)(liang)Q 和(he)溶(rong)解氧濃(nong)度DO兩(liang)個(ge)操縱(zong)變(bian)(bian)量(liang)(liang)與被控變(bian)(bian)量(liang)(liang)氨氮濃(nong)度S NH 和(he)硝(xiao)酸(suan)氮濃(nong)度S N0的穩態(tai)增益矩陣為：

2 控制系(xi)統設計及仿真

由以上分析(xi)可(ke)知，如果分別對S NH 和 S N0  進行單(dan)回路控制，不能解決 nS NH 和 S N0  之(zhi)間存(cun)在的(de)耦合問題。如果其中的(de)一(yi)個變量出現波動，必(bi)將影(ying)響到另外一(yi)個變量的(de)值，使之(zhi)也出現波動，因而擬(ni)對這兩個被控變量實施多變量預測(ce)控制方案。

首先采用(yong)穩態建模，在穩態下(xia)對Q 、DO施加階躍輸入(ru)，得到(dao)對象(xiang)響應如圖(tu)3所示，從而獲得對象(xiang)的預測模型(xing)。

參考文獻：
[1] Henze M，Grady Jr C P L，Gujer W，et al，Activated sludge model No．1[A]．IAWPRC scientific and technical reports[c]．London：IAWPRC，1987．
[2] Takacs I，Party G G，Nolasco D．A dynamic model of the clari-fication thickening process[J]Water Research，1991，25(10)1263-1271．
[3] 王桂增．高等過程控制[M]．北京：清華大學出版社，2002．
[4] 舒迪前．預測控制系統及其應用[M]北京機械工業出版社，1996．
 
 
 

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