一种基于模糊控制的再生水厂化学除磷药剂投加量方法

摘要

本发明涉及一种新型的实用的城市再生水厂除磷加药前馈反馈控制方法，所提出的控制方法以除磷加药模型为基础构造前馈控制环节，并将出口磷含量、进水流量和进口磷含量作为模糊系统的输入，输出控制量补偿值。补偿值的引入使得系统具有一定的自适应能力，有利于排除后续除磷工艺例如生物除磷等因素的干扰。由于该方法的模糊系统中考虑了其他影响因素，使得系统能够实现比一般前馈反馈控制方法更为精确的投药过程，降低了系统运行成本；进一步促进了微生物对有机物、磷以及氮的吸收，降低了所需化学除磷试剂药耗，同时，在一定程度上优化了生物池内的生物菌落结构；该方法不仅能够减轻污水处理厂的经济负担，而且给活性污泥工艺带来积极的影响。

主权项

一种基于模糊控制的再生水厂化学除磷药剂投加量方法，其特征在于：该方法所使用的化学除磷智能加药控制系统包括数据采集系统、控制系统和变频加药系统；控制系统包括前馈单元和模糊反馈单元，前馈单元包括前馈模型、设定单元和前馈控制器，模糊反馈单元包括模糊系统；变频加药系统包括PLC、变频器和隔膜加药泵；数据采集系统和控制系统构成上位机监控系统；该方法前馈单元中的前馈模型，由下式确定M＝b₁×Q+b₂×(P₁‑P_S)+b₃×Q×(P₁‑P_S)+b₄×(P₁‑P_S)²+b₅×Q×(P₁‑P_S)²+b₆×(P₁‑P_S)³+Δk式中：b₁～b₆为常数；M为所需加药流量，m³/h；Q为进口水流量，m³/h；P₁为进口磷含量的浓度，mg/L；P_S为出口磷含量设定值，mg/L；Δk为模糊系统的补偿输出流量值，m³/h；式中b_n(n＝1、2、3、4、5、6)的取值可以根据实际情况而定；模糊系统的补偿输出流量值Δk由下式确定，Δk＝k₂×U_BP+b式中，k₂为比例系数；b为常数；U_BP为模糊系统输出；模糊反馈单元中的模糊系统，该模糊系统构成如下，由出口磷含量U_TP、进口水流量U_FL和进口磷含量U_CP作为模糊系统的输入，模糊系统输出为控制量补偿值U_BP；各输入输出变量根据实际分别取值论域如下U_TP＝{A₁，B₁，C₁，…}，U_FL＝{A₂，B₂，C₂，…}，U_CP＝{A₃，B₃，C₃，…}，U_BP＝{A₄，B₄，C₄，…}；其中，模糊系统的输入输出变量个数及各变量的取值论域可以根据不同情况进行调整；各变量依据实际选取隶属度函数形状；依据实际工况建立系统的模糊规则库；模糊系统的推理过程如下，首先根据出口磷含量、进口磷含量和进口水流量三个输入变量值，计算得出模糊规则前件的各种情况的论域值；采用由Mamdani提出的最小运算法则的模糊蕴含运算由前件推断出结论；再利用模糊并合成规则来合成出最终的结论；反模糊化过程中使用的是中心法，实现系统输出的模糊量到数值输出的转化。