活性污泥系统中溶解氧模糊控制器的研究

文章编号：VFFV&GGYY9DFFEHFD&FFDZ&FY

活性污泥系统中溶解氧模糊控制器的研究

欧林林，王先路(陈长琦，朱

（合肥工业大学机械与汽车学院，安徽合肥

武，谢

DEFFFG）

源

（N!）控制的重要性及复杂性后，提出用模糊控制的方摘要：分析了活性污泥系统中溶解氧法控制污水处理中的溶解氧，并设计了溶解氧模糊控制系统，为污水处理的自动控制提供了一种新的设计方法。

溶解氧关键词：模糊控制T活性污泥；中图分类号：[UD\E

文献标志码：*

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!引言

活性污泥法污水处理是利用自然界中微生物的

氧。通过调节鼓风机的转速，可以改变鼓风机送入池中的风量，从而控制调整曝气池的进气量。控制系统的结构框图如图V所示。该系统污水的处理量为EFFW4X3，要求池中废水的溶解氧质量浓度保持

在DB4X#左右。系统中，首先把溶解氧质量浓度的设定值与测试值相比较，比较结果送入模糊控制器，然后通过模糊控制器和变频器控制鼓风机的转速，从而控制曝气量和曝气池中的溶解氧质量浓度，整个系统是一个闭环反馈控制系统。"#!

溶解氧作为模糊控制参数

活性污泥系统中参与污水处理的是以好氧菌为主体的微生物，通过微生物的生化反应来处理污水

中的有机污染物，决定其处理效果的关键因素是曝

生命活动来清除污水中有机污染物的一种有效方法，是目前世界上工业有机污水处理和城市污水二次处理的主要途径。它属于复杂的动态工程系统，

（如无法用精确的模型来描述，采用传统的控制策略比例控制等）难以获得满意的控制效果。U7N控制、

为此，把模糊控制技术应用到活性污泥系统中，实现对参数溶解氧的自动控制。

"溶解氧模糊控制系统的建立

在活性污泥处理系统中，通常用鼓风机通过与

曝气池相连的进气管道送空气，来补充池内的溶解

图!

收稿日期：修订日期：DFFD]F\]V^；DFFD]VD]F^

控制系统结构框图

!"万方数据

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"

气池内的溶解氧质量浓度。因此，溶解氧质量浓度是污水处理进程的主要影响因素，溶解氧通常通过曝气装置进行控制。曝气池中氧气不足或过量都会导致污泥生存环境恶化。当氧气不足时，一方面因曝气池中丝状菌大量繁殖，导致污泥膨胀，另一方面由于其他细菌的生长速率降低而引起的出水水质下降；当氧气过量则因紊凝剂遭到破坏而导致悬浮固体沉降性变差，同时能耗过高。由于原水的质量浓度不同，过程的生物机理无法用完善的数学模型进行表示，而且!"检测具有滞后效应，所以采用了模糊控制的方法对其进行控制。!"!

模糊控制算法

图#为控制原理图，此模糊控制器采用双输入单输出结构，分别用系统偏差!和偏差变化率!!作为输入变量，以控制量"作为输出变量。设计中确定#和$的论域为$%&，%’，%(，%)，%#，%*，+，*，#，)，(，’，&,；#和$分为七级-./0.10.203"04204104/5；!#的论域为$%(，%)，%#，%*，+，*，#，)，(,；!#分为五级-./0.203"04204/5。

!#的各模糊状态的隶属函数：")

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根据控制经验得到一系列模糊推理规则，如CDE9./F.!CDEG9./HIE.J94/0这样共有如表*所示。选取控制量变化的原则：BK’9)’条，

当偏差大或较大时，选择控制量以尽快消除偏差为主；当偏差较小时，选择控制量要注意防止超调，以系统的稳定性为主要出发点。例如，当!"偏差为正

大而偏差变化为正小时，就是曝气池内的!"质量浓度偏大，而且有进一步增大的趋势，应加以调整以节省运行费用。为尽快降低!"质量浓度，必须减小曝气量。由于曝气量随着鼓风机转速的减小而减小，而鼓风机转速与变频器的输出频率有关，所以要

尽快地降低频率。这些规则的模糊关系用公式+9,6#K!#8K$来表示。

用1LMNLO命令编程计算控制决策表：

P!"QRSST=UL9V:WQXY6Z!"QRSSTZ87

L9L[[\L]6L0ZXV^RMZ0Z:Z0-%&0&587

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#，!#和$的隶属函数均用高斯曲线隶属度函数%6&7!，’89:%（&(’）;#!来表示，!越大曲线越

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#

平缓，!越小曲线越陡。由于在模糊控制中要求大偏差范围内采用低分辨率的模糊集合，而在小偏差情况下采用高分辨率的模糊集合，所以所选择的!值在靠近&轴时较小，远离&轴时较大。结合经验确定#，!#和$的隶属函数。

#和$的各模糊状态的隶属函数：

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4/

经计算所得的控制决策表如表#所示。

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控制规则表

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#控制系统的软硬件设计

此模糊控制系统以单片机为核心。为了充分利

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用软件功能，减少硬件配置，离线计算出了控制表，将其存入单片机。在具体实时控制时，可直接查到

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自动化与仪表!""#!!

"万方数据

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控制决策表

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实现

准确的控制。

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硬件结构

该系统的硬件结构如图%所示。控制器主要由012#’单片机、

光电耦合器和*4.变换器组成。首先将生化池中的*+值通过,-&%&串行口输入单片机，单片机对输入数据进行处理，处理结果送*4.转换器，经光电耦合器和变频器控制鼓风机的转速。,+/是一个05字节的程序存储器，用于存放程序和模糊控制表。,./是一个05字节的外部数据存储器，主要用于存放上次输入的参数及有关的历史数据。显示器和键盘构成数据输入4显示板，用于对输入输出数据的本地显示和控制器的就地操作。为提高电路的可靠性，控制器采取以下措施："采用了软件及硬件复位看门狗电路；#采用精密*24*2变换器为单片机提供电源；$输出驱动电路采用光耦进行隔离；%采用平均值和中值混合型软件数字滤波器以抑制周期及脉冲干扰。为了保证控制器本身不受外部强电干扰，在设计中加了光电耦合器，使控制信号和外部信号分开，保证控制器的安全。

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32曝*+气检测

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012#’*4.

池合单片机给器

水对显象

示键器

盘

#$!软件结构

控制系统本身是一个实时控制系统，程序设计

!"万方数据

力求简单可靠，在控制对象允许的时间内进行控制计算和处理，其次是灵活性和通用性，要求程序本身既能满足目前应用，又要考虑系统扩充和改进。软件设计使用汇编语言，应用了模块结构。主程序的程序流程如图$所示。

"

输出

结束图"主程序的程序流程图

"结束语

使用该控制器对小型活性污泥系统实施了控

制。当进水2+*（化学耗氧量）为"((6748，设定其初始曝气量为()"6%49。试验初期由于曝气量过

高，*+迅速升高，反应’#6:;时*+升至#6748，此时控制器使曝气量迅速调整到()%6%49。随着控制器不断地进行调节，溶解氧质量浓度维持在&6748左右，直至有机物被降解到最低限度，*+值迅速上升，停止曝气。整个处理过程所用的时间比用传统的控制方法短。当进水2+*为<#(6748时，也可达到同样的控制效果。

试验研究结果表明，以溶解氧为控制参数的模糊控制器应用在活性污泥处理系统中时，能够使曝气池中的溶解氧保持在适当的水平，可避免污泥膨胀现象；控制准确，操作简单，调节精度高，系统的动静态性能能够满足工艺过程要求，对系统参数变化的鲁棒性有较强的适应性，而且具有良好的控制效果。以单片机为核心的模糊控制器，不仅能够缩短污水处理时间，提高处理系统运行的可靠性，而且对进一步实现污水处理的模糊控制也有重要的理论意义和应用价值。

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文章编号：:;;:M==ZZ,<;;R>;<M;;R:M;Z

薄膜牵引和卷取恒线速度通信控制系统

刘

亭，戴莺莺

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摘要：为实现薄膜的恒线速度卷取，采用转速和张力的闭环控制，具体实现为在卷取转速调节过程中加入张力调节的影响，通过变频调速使卷取转速同步跟踪牵引转速。在异步电动机数学模型的基础上，绘制出塑料薄膜牵引电机或卷取电机变频矢量速度控制图。在此计算机和K!4及K!4和变频器通基础上构成由计算机、K!4及变频器等组成的硬件系统，过串口或通信模块直接连接，同时介绍了软件设计思想；阐述了K4机和K!4之间以及提出了K!4程序的组成。K!4和变频器之间通信的通信协议，

关键词：控制系统；塑料薄膜；卷取和牵引；异步电动机；数学模型；恒线速度；通信协议中图分类号：$K<]R

文献标志码：)

（北京化工大学，北京

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!引言

面就是要实现薄膜牵引和卷取过程中恒线速度的控制。我们建立了牵引和卷取的恒线速度控制图，构成了由计算机、可编程控制器、变频器等组成的硬件

提高薄膜收卷质量对塑料薄膜的二次加工至关重要；对于薄而易变形的薄膜的收卷，一个重要的方

收稿日期：修订日期：<;;<+;Q+;R；<;;R+;:+<<

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NZO

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"万方数据

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活性污泥系统中溶解氧模糊控制器的研究

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

欧林林， 王先路， 陈长琦， 朱武， 谢源

合肥工业大学,机械与汽车学院,安徽,合肥,230009自动化与仪表

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本文链接：/Periodical_zdhyyb200302011.aspx

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