以溶解氧浓度作为SBR法模糊控制参数

时间：2007-08-06 来源： 作者：曾薇 彭永臻 王淑莹 高景峰 李探微

　　上述选取控制量变化的原则是：当误差大或较大时，选择控制量以尽快消除误差为主；而当误差较小时，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DO误差及误差变化均为负大时，就是SBR反应器内DO浓度很低，而且有进一步降低的趋势，如果不加以调整，势必造成反应时间过长或引起污泥膨胀，为尽快提高DO浓度，消除误差，必须增大曝气量，所以Δu取正大。当误差为负小，误差变化为正小时，系统本身具有消除误差的能力，可以不调整曝气量。
3.1.3 模糊推理及其模糊量的非模糊化
　　在模糊控制规则的指导下，经过模糊决策后，得到模糊控制变量Δui：为了对被控制对象SBR处理系统施加精确的控制，还需要将模糊控制变量Δui转化为可执行的精确量，即曝气量变化量的准确量，这就是非模糊化处理过程。
　　上述模糊控制规则所确定的每一条模糊条件语句都可以计算出相应的模糊控制量ui。例如，由第1条语句所确定的模糊关系可用式（4）表示：?

　　R=(NBE+NME)×PBu］·［(NBCE+NMCE)×PBu］　　　　　(4)

　　如果此刻采样所得到的实际误差模糊变量为e，误差变化的模糊变量为ce,根据推理的合成规则进行模糊决策，得到模糊控制量为u1:?
　　u1=eo［(NBE+NME)×PBu］·?ceo·［(NBCE+NMCE)×PBu］　　　　(5)
　　同理，可由其余模糊条件语句计算出相应的模糊控制量u2,u3,……,由于各条件语句之间是或的关系，则控制量的模糊集合u表示为：

　　u=u1+u2+……+un　　　　　　　　　(6)?
　　由式（6）所计算出的控制量是一个模糊子集，不能直接应用于被控对象，必须经过非模糊化处理转化为精确量。本文采用加权平均法作为非模糊化处理方法，计算式如下：

　　这种方法可以充分利用模糊推理结果、模糊子集提供的有用信息量，得到SBR法曝气过程的模糊控制表，储存在计算机中。
　　上述过程是反应进行到8～9min，根据在线检测的DO值预测进水COD浓度，并在第10min对曝气量进行调整。为了保证较好的控制效果，可在后续反应过程中继续检测DO值，并对曝气量进行再一次调整。调整次数的多少应视预测进水COD浓度的大小及相应反应时间的长短而定。在有机物达到难降解程度时，DO迅速大幅度升高，这是停止曝气的信号。如果在反应过程中，频繁地调整曝气量，势必使DO始终维持在2.0mg/L左右，而不会发生DO迅速大幅度升高的现象，进而影响反应时间的控制。因此，试验中根据表1的试验结果，在反应8～10 min预测到进水COD浓度后，便相应地预知反应时间。如果预测的反应时间在120min之内，进行两次调整，第二次是在反应进行到30 min，DOs仍取2.0 mg/L，具体的控制方法同前。如果预测的反应时间超过120 min，则进行三次调整，第三次是在反应进行到60 min，DOs仍取2.0 mg/L，具体的控制方法同前。经过这样的方法控制，就可以弥补第一次调整曝气量（8～10 min）所造成的误差，而且不会影响对反应时间的控制。
3.2 作为反应时间的控制参数
　　在反应初期（8～10 min），以上述的模糊控制方法对曝气量进行调整后，使后续反应过程中DO处于合适的水平。由于SBR法间歇运行的特点，当有机物达到难降解程度时，DO迅速大幅度升高，在10 min内DO便可上升到3.5 mg/L,反应结束时DO可升到6 mg/L左右。这一变化特点可用模糊语言变量加以描述，以此作为停止曝气的信号，故引入了用DO误差的大小和误差变化的快慢作为模糊控制器的两个输入变量。SBR法处理石油化工废水的试验结果表明：当DO(升高的幅度)＞3.5 mg/L，且DO的变化速率＞0.30 mg/(L·min)时，反应已结束，应停止曝气，这是建立模糊控制规则的重要依据。
　　由于两种现象中误差及误差的变化均为正，可以简化对误差E、误差变化CE及控制量u的模糊集和论域的定：
　　E、CE的模糊集均为：{PS，PM，PB}?
　　E、CE的论域为：{1，2，3，4，5，6}?
　　而对控制量u（即曝气量）而言，只有两种选择：一种是维持原来的曝气量不变，继续等待；另一种是立即停止曝气，不存在改变曝气量大小的问题。对输入变量E和CE进行模糊化处理，此时DO的设定值DOs取2.0 mg/L。模糊化方法与3.1.1节中阐述的方法相同，不再重复。在此仅对模糊规则的建立进行说明，模糊规则控制如表3所示。

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