基于改进简化粒子群算法的活性污泥过程建模

2019年3月第40卷第3期计算机工程与设计COMPUTERENGINEERINGANDDESIGNMar.2019Vol.40No.3基于改进简化粒子群算法的活性污泥过程建模宁云发，刘漫丹+(华东理工大学化工过程先进控制和优化技术教育部重点实验室，上海200237)摘要：提出一种改进简化粒子群算法，并应用于某氧化沟工艺的活性污泥1号模型（activatedsludgemodelNo.1，ASM1)与活性污泥3号模型（activatedsludgemodelNo.3，ASM3)，对模型进行参数优化，提高模型准确性，并比较模型校正后的准确度。改进简化粒子群算法在简化粒子群算法基础上，对决策变量进行单维度搜索，提高算法的全局搜索能力。利用典型测试函数与基本粒子群算法、简化粒子群算法以及帝国竞争算法进行对比，其结果表明，该算法在函数优化上具有较明显优势。将改进简化粒子群算法应用到ASM1和ASM3模型中，其结果表明，该算法在模型参数优化上具有良好效果，模型对比上得到较清晰结果。关键词：活性污泥1号模型&活性污泥3号模型；单维搜索；粒子群算法；模型优化中图法分类号！TP18文献标识号：A文章编号$1000-7024(2019)03-0825-09doi:10.16208!.issnl000-7024.2019.03.038ModelingofactivatedsludgeprocessbasedonimprovedsimplifiedparticleswarmalgorithmNINGYun-fa?LIUMan-dan+(KeyLaboratoryofAdvancedControlandOptimizationforChemicalProcessesofMinistryffEducation,EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China)Abstract：Animprovedsimplifiedparticleswarmoptimizationalgorithm(ISPSO)wasappliedtoimprovetheaccuracy,optimizetheparametersandanalyzethefeasibilityofactivatedsludgemodelNo.1(ASM1)andactivatedsludgemodelNo.3(ASM3)fortheOrbalprocess.Basedonsimplifiedparticleswarmoptimizationalgorithm(SPSO)&singledimensionalsearchwasusedtoen­hancetheglobalsearchingability.ISPSOalgorithmwascomparedwithimperialcompetitionalgorithm(ICA)&particleswarmoptimizationalgorithm(PSO)&SPSOalgorithmandISPSOalgorithmwith7typicaltestfunctions.ResultsdemonstratethatISPSOhasbetterperformance.ASM1andASM3modelwereappliedtoISPSOalgorithm.Applicationshowsgoodresultsinmodeloptimizationandadistinctconclusioninmodelcomparisonisobtained.Keywords：activatedsludgemodelNo.1；activatedsludgemodelNo.3；singledimensionalsearch；particleswarmalgorithm；modeloptimization/引言查阅文献发现&ASMl与ASM3模型自提出以来几乎没有在具体工艺中进行过相关的比较分析&而分析两者在具体污水处理工艺模型中的准确性具有重要意义。由于ASM1与ASM3模型自身的通用性，在特定工艺中无法取得良好效果，其结构的复杂性以及参数的灵活性也会导致模型的实用性降低1,采用未进行优化的模型进行模型对比基本没有意义，需要先优化模型参数，再对比两者的准确性。国内外学者在ASM1与ASM3模型优化上都进行过不少研究，Lamia等2利用DMC(dynamicmodelcontrol)控制器对ASM1模型进行修正与控制，并取得良好的效果。徐宇峰[3]在ASM3的基础上扩展了溶解性微生物产物部分，在物料守恒的基础上，建立了低氧/参照SBR-ASM3-SMP模型。简化粒子群算法(simplifiedparticl