模糊控制在污水生物处理系统中的应用-彭永臻

文章编号:0253-2468(2001)-增刊-0143-06中图分类号:X703文献标识码:A模糊控制在污水生物处理系统中的应用彭永臻,高景峰,王淑莹(北京工业大学环境与能源工程学院,北京100022)摘要:对20世纪80年代以来,国内外污水生物处理系统中模糊控制的应用及开发进行了简单的回顾.简要分析了废水生物处理工艺难于控制的原因,以及模糊控制系统的结构和特点.分析表明,国外模糊控制在污水生物处理中的应用广泛且深入,国内在这方面尚处在起步阶段.简要探讨了废水生物处理模糊控制今后应深入研究的问题及方向.关键词:污水生物处理;模糊控制PuzzycontrolofwastewatertreatmentprocessesPENGYongzhen,GAOJingfengWANGShuying(CollegeofEnvironmentalandEnergyEngineering,BeijingPolytechnicUniversity,Beijing100022)Abstract:Theapplicationsoffuzzycontrolinoperationandcontrolofbiologicalwastewatertreatmentprocessessince1980.s,andsomereasonswhycontrolhasbeenadifficultproblemintheseprocessesarereviewed,thenthepaperanalyzesthestructureandchar-acteristicoffuzzycontrolareanaoyzedandfuturedevelopingtrendsoffuzzycontrolinthisfieldisprovided.Keywords:fuzzycontrol;biologicalwastewatertreatment1前言随着科学技术的发展,许多工程系统与动态过程变得越来越复杂,其共同特点是多变量、非线性、时变性与随机性.这样的过程变化使系统具有高度的不稳定性和模糊性,以致于难以建立基本的数学模型,因而也无法根据传统的控制理论进行有效的控制.而对这类复杂的动态系统进行模糊控制,却能得到其他控制方式无法实现的令人满意的控制结果.污水生物处理系统是以微生物处理为主体的动态过程,它具有变量多与随机的影响因素多而造成的高度非线性与模糊性、进水水质水量变化引起的过程不稳定、不确定的动力学模型、缺乏可靠的实时监测仪器、复杂的任务要求(例如,要求处理水质达标、脱氮除磷、节省运行费用、防止污泥膨胀的发生等)等特性,所以其自动控制效果一直不十分理想,但是非常适合于采用具有自学习、自适应与自组织功能的智能控制.作为智能控制重要分支的模糊控制,除了应用到工业过程控制以外,在美国、欧洲、日本的给水处理、污水生物处理、污水的物理化学处理中都有典型的成功应用.本文对近年来模糊控制在污水生物处理系统中的应用做一简单回顾.2模糊控制在污水生物处理中的应用自1965年L.A.Zadeh提出了模糊集合的概念以来,模糊集合理论发展十分迅速.1974年,E.H.Mamdani把模糊语言逻辑用于过程控制成功以后,仅仅20多年来,模糊控制在工业过程、家用电器以及高技术领域一系列成功的应用,充分地显示了模糊控制的巨大应用潜力.基金项目:国家自然科学基金(59878016),北京市自然科学基金项目(8002005)作者简介:彭永臻(1949))男,教授(博导)第21卷增刊2001年6月环境科学学报ACTASCIENTIAECIRCUMSTANTIAEVol.21,SupplJun.,2001模糊控制主要是模仿人的控制经验而不是依赖于控制对象的模型,实现了人的某些智能.污水处理模糊控制的组成与原理如图1所示,它的核心部分是图中虚线框中的模糊控制器,模糊控制操作是由计算机运行其模糊控制程序来实现的,其主要步骤如下:图1污水处理模糊控制系统的组成与原理示意图Fig.1Basicflowchartof-linefuzzycontrolofwastwatertreatment(1)经传感器采样后计算机获取被控对象输出的被控制量(非模糊的数据),将其值与给定值(如处理水质标准)比较,经计算得到误差信号E.将该误差E作为模糊控制的输入变量.(2)把该精确的误差信号E经过模糊化处理后变成模糊变量(可用模糊语言表示),得到偏差E的模糊集合向量e.(3)根据模糊推理合成规则,由e和模糊控制规则及的模糊关系合成进行模糊决策,得到模糊控制的输出变量即控制量的模糊值u~为u~e.R式中:~表示模糊变量;.表示模糊关系的合成.这一步也可以根据上述原理制成的查询表获得u~.4.为了对被控对象施加精确地控制,将模糊控制变量u~经非模