城市污水處理過程優(yōu)化控制理論及關(guān)鍵技術(shù)研究

城市污水處理是國家水資源綜合利用的戰(zhàn)略舉措，對(duì)水環(huán)境保護(hù)和淡水資源持續(xù)利用具有重要意義。目前存在的主要問題是電能消耗大，運(yùn)行成本高；異常工況頻發(fā)，出水水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重。由于污水處理過程中進(jìn)水流量、成份、污染物濃度、水溫等隨時(shí)變化，微生物生命活動(dòng)受溶解氧、污泥齡、微生物種群等諸多因素影響，生化反應(yīng)過程滯后明顯，部分關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)等不能實(shí)時(shí)測量，系統(tǒng)多運(yùn)行于非平穩(wěn)狀態(tài)，實(shí)施優(yōu)化控制是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。 圍繞以上問題，項(xiàng)目獲得以下成果： 1. 提出了基于特征信息和過程數(shù)據(jù)相結(jié)合的智能建模新方法，獲得了基于結(jié)構(gòu)自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的污水水質(zhì)參數(shù)軟測量模型，解決了水質(zhì)參數(shù)BOD、COD的無法在線測量問題；率先提出了基于細(xì)胞自動(dòng)機(jī)理論的污水處理過程微觀動(dòng)態(tài)建模新方法，實(shí)現(xiàn)了污水處理生化反應(yīng)過程動(dòng)態(tài)可視化模擬。 2. 提出了基于擴(kuò)展傅立葉靈敏度法的模糊推理規(guī)則自動(dòng)調(diào)整機(jī)制，獲得了結(jié)構(gòu)自組織模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溶解氧濃度的在線控制；提出了基于細(xì)胞分裂原理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自組織設(shè)計(jì)方法，證明結(jié)構(gòu)演化過程的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)出了結(jié)構(gòu)自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，發(fā)展了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論。 3. 提出了一種污水處理過程能耗特征模型，解決污水處理過程中動(dòng)態(tài)約束和不同時(shí)間尺度的多變量優(yōu)化問題；提出了一種多目標(biāo)優(yōu)化算法，獲得了基于多目標(biāo)優(yōu)化的預(yù)測控制方法，解決了污水處理過程多變量參數(shù)的優(yōu)化設(shè)定控制問題。 4. 研究基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的特征信息表征、存貯和識(shí)別方法，解決污泥膨脹等異常工況識(shí)別與監(jiān)控問題；部分研究成果已成功應(yīng)用于實(shí)際污水處理廠，實(shí)現(xiàn)了出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的同時(shí)能耗降低3%以上。 該項(xiàng)目已在Automatica、IEEE Transactions on Industrial Electronics、IEEE Transactions on Control Systems Technology等刊物上發(fā)表論文46篇，其中SCI/EI收錄28/42篇，被他人引用分別為100余次；申請國家發(fā)明專利27項(xiàng)，其中授權(quán)12項(xiàng)，獲得授權(quán)軟件著作權(quán)16項(xiàng)；研究成果獲2011年教育部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。已經(jīng)培養(yǎng)教授2名，副教授4名，培養(yǎng)研究生28名(其中12名博士生、16名碩士生)。 2100433B

城市污水處理是國家水資源綜合利用的戰(zhàn)略舉措，對(duì)水環(huán)境保護(hù)和淡水資源持續(xù)利用具有重要意義。目前存在的主要問題是電能消耗大，運(yùn)行成本高；異常工況頻發(fā)，出水水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重。由于污水處理過程中進(jìn)水流量、成份、污染物濃度、水溫等隨時(shí)變化，微生物生命活動(dòng)受溶解氧、污泥齡、微生物種群等諸多因素影響，生化反應(yīng)過程滯后明顯，部分關(guān)鍵水質(zhì)參數(shù)等不能實(shí)時(shí)測量，系統(tǒng)多運(yùn)行于非平穩(wěn)狀態(tài)，實(shí)施優(yōu)化控制是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。項(xiàng)目將圍繞以上問題，研究污水處理過程軟測量和特征建模方法，建立其特征模型和水質(zhì)參數(shù)預(yù)報(bào)模型；研究分級(jí)動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法，解決污水處理過程中動(dòng)態(tài)約束和不同時(shí)間尺度的多變量優(yōu)化問題；研究時(shí)滯、時(shí)變、不確定性系統(tǒng)的自適應(yīng)控制方法，解決優(yōu)化設(shè)定值的跟蹤控制問題；研究基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的特征信息表征、存貯和識(shí)別方法，解決污泥膨脹等異常工況識(shí)別與監(jiān)控問題；研究成果將應(yīng)用于污水處理廠，保證出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的情況下節(jié)能不低于3%。

《機(jī)械工程控制理論及新技術(shù)研究》共12章主要闡述工程上廣為應(yīng)用的經(jīng)典控制論中信息處理和系統(tǒng)分析與綜合的基本方法，包括：控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，控制系統(tǒng)的時(shí)間響應(yīng)與誤差分析，控制系統(tǒng)的頻率特性分析，控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析，控制系統(tǒng)的性能分析與校正，非線性控制系統(tǒng)，MATLAB在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用等內(nèi)容。在論述上注重深入淺出、精講多練、簡潔實(shí)用。重點(diǎn)章節(jié)附有大量例題，方便分析理解。

《機(jī)械工程控制理論及新技術(shù)研究》可作為機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化、材料成形及控制和其他非電類專業(yè)學(xué)生的參考用書，也可供有關(guān)科技人員閱讀使用。