以溶解氧濃度作為SBR法模糊控制參數

時間：2007-08-06 來源： 作者：曾薇 彭永臻 王淑瑩 高景峰 李探微

　　上述選取控制量變化的原則是：當誤差大或較大時，選擇控制量以盡快消除誤差為主；而當誤差較小時，選擇控制量要注意防止超調，以系統的穩定性為主要出發點。例如，當DO誤差及誤差變化均為負大時，就是SBR反應器內DO濃度很低，而且有進一步降低的趨勢，如果不加以調整，勢必造成反應時間過長或引起污泥膨脹，為盡快提高DO濃度，消除誤差，必須增大曝氣量，所以Δu取正大。當誤差為負小，誤差變化為正小時，系統本身具有消除誤差的能力，可以不調整曝氣量。
3.1.3 模糊推理及其模糊量的非模糊化
　　在模糊控制規則的指導下，經過模糊決策后，得到模糊控制變量Δui：為了對被控制對象SBR處理系統施加精確的控制，還需要將模糊控制變量Δui轉化為可執行的精確量，即曝氣量變化量的準確量，這就是非模糊化處理過程。
　　上述模糊控制規則所確定的每一條模糊條件語句都可以計算出相應的模糊控制量ui。例如，由第1條語句所確定的模糊關系可用式（4）表示：?

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

　　如果此刻采樣所得到的實際誤差模糊變量為e，誤差變化的模糊變量為ce,根據推理的合成規則進行模糊決策，得到模糊控制量為u1:?
　　u1=eo［(NBE+NME)×PBu］·?ceo·［(NBCE+NMCE)×PBu］　　　　(5)
　　同理，可由其余模糊條件語句計算出相應的模糊控制量u2,u3,……,由于各條件語句之間是或的關系，則控制量的模糊集合u表示為：

　　u=u1+u2+……+un　　　　　　　　　(6)?
　　由式（6）所計算出的控制量是一個模糊子集，不能直接應用于被控對象，必須經過非模糊化處理轉化為精確量。本文采用加權平均法作為非模糊化處理方法，計算式如下：

　　這種方法可以充分利用模糊推理結果、模糊子集提供的有用信息量，得到SBR法曝氣過程的模糊控制表，儲存在計算機中。
　　上述過程是反應進行到8～9min，根據在線檢測的DO值預測進水COD濃度，并在第10min對曝氣量進行調整。為了保證較好的控制效果，可在后續反應過程中繼續檢測DO值，并對曝氣量進行再一次調整。調整次數的多少應視預測進水COD濃度的大小及相應反應時間的長短而定。在有機物達到難降解程度時，DO迅速大幅度升高，這是停止曝氣的信號。如果在反應過程中，頻繁地調整曝氣量，勢必使DO始終維持在2.0mg/L左右，而不會發生DO迅速大幅度升高的現象，進而影響反應時間的控制。因此，試驗中根據表1的試驗結果，在反應8～10 min預測到進水COD濃度后，便相應地預知反應時間。如果預測的反應時間在120min之內，進行兩次調整，第二次是在反應進行到30 min，DOs仍取2.0 mg/L，具體的控制方法同前。如果預測的反應時間超過120 min，則進行三次調整，第三次是在反應進行到60 min，DOs仍取2.0 mg/L，具體的控制方法同前。經過這樣的方法控制，就可以彌補第一次調整曝氣量（8～10 min）所造成的誤差，而且不會影響對反應時間的控制。
3.2 作為反應時間的控制參數
　　在反應初期（8～10 min），以上述的模糊控制方法對曝氣量進行調整后，使后續反應過程中DO處于合適的水平。由于SBR法間歇運行的特點，當有機物達到難降解程度時，DO迅速大幅度升高，在10 min內DO便可上升到3.5 mg/L,反應結束時DO可升到6 mg/L左右。這一變化特點可用模糊語言變量加以描述，以此作為停止曝氣的信號，故引入了用DO誤差的大小和誤差變化的快慢作為模糊控制器的兩個輸入變量。SBR法處理石油化工廢水的試驗結果表明：當DO(升高的幅度)＞3.5 mg/L，且DO的變化速率＞0.30 mg/(L·min)時，反應已結束，應停止曝氣，這是建立模糊控制規則的重要依據。
　　由于兩種現象中誤差及誤差的變化均為正，可以簡化對誤差E、誤差變化CE及控制量u的模糊集和論域的定：
　　E、CE的模糊集均為：{PS，PM，PB}?
　　E、CE的論域為：{1，2，3，4，5，6}?
　　而對控制量u（即曝氣量）而言，只有兩種選擇：一種是維持原來的曝氣量不變，繼續等待；另一種是立即停止曝氣，不存在改變曝氣量大小的問題。對輸入變量E和CE進行模糊化處理，此時DO的設定值DOs取2.0 mg/L。模糊化方法與3.1.1節中闡述的方法相同，不再重復。在此僅對模糊規則的建立進行說明，模糊規則控制如表3所示。

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