給排水工程論文-探討了模糊控制在給排水工程應(yīng)用的可行性

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1、給排水工程論文:探討了模糊控制在給排水工程應(yīng)用的可行性-->1控制理論的發(fā)展自動控制理論發(fā)展至今已有100多年歷史,隨著工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,各個領(lǐng)域中的自動控制系統(tǒng)對控制精度、響應(yīng)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性與適應(yīng)能力的要求越來越高,應(yīng)用范圍也更加廣泛。特別是自上個世紀(jì)80年代以來,計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,推動了控制理論研究的深入開展。綜觀控制理論的發(fā)展,控制理論經(jīng)歷了3個階段。(1)經(jīng)典控制理論階段。它主要研究的自動控制系統(tǒng)為線性定常系統(tǒng),被控對象也幾乎全部是單輸入-單輸出的。它所采用的方法通常是以傳遞函數(shù)、頻率特性、根軌道分布為基礎(chǔ)的根軌道法。(2)現(xiàn)代控制理論階段。

2、它主要研究多輸入-多輸出的被控對象系統(tǒng),可以是線性或非線性的定?；驎r變的,它用一組一階微分方程代替經(jīng)典理論中的一個高階微分方程式來描述系統(tǒng),并且把系統(tǒng)中各個變量均取為時間t的函數(shù),因而屬于時域分析方法,它區(qū)別于經(jīng)典理論中的頻域法,這樣更有利于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。(3)智能控制理論階段。上述兩個控制理論對于存在數(shù)學(xué)模型的領(lǐng)域發(fā)揮了非常大的作用,并取得了令人滿意的控制效果。但是對于那些不具有數(shù)學(xué)模型的被控對象,往往顯得無能為力。另外由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,包含有人類思維的復(fù)雜操作由計(jì)算機(jī)替代的領(lǐng)域不斷增加,特別是在大規(guī)模系統(tǒng)的管理控制中,腦力工作遠(yuǎn)比體力工作重要,從這個意

3、義上說,我們已經(jīng)到了人工智能控制時代。人工智能是用除了數(shù)學(xué)式子以外的方法,把人們的思維過程模型化,并利用計(jì)算機(jī)來模仿人的智能的科學(xué)。它的應(yīng)用范圍遠(yuǎn)比控制理論廣泛,如包括判斷、推理、預(yù)測、識別、規(guī)劃、決策、學(xué)習(xí)和問題求解等。自動控制理論向著智能控制方向發(fā)展的一個重要數(shù)學(xué)基礎(chǔ)就是模糊數(shù)學(xué)原理,所以在自動控制向智能控制發(fā)展的過程中,模糊控制理論具有廣泛應(yīng)用前景。2模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)模糊控制是以控制人員的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)的,它并不需要用精確的數(shù)學(xué)模型去描述系統(tǒng)的動態(tài)過程,因而它的設(shè)計(jì)方法與常規(guī)控制器的設(shè)計(jì)方法不同,模糊控制器的設(shè)計(jì),一般是先在經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定各個參數(shù)和控制規(guī)則,然后

4、在運(yùn)行中進(jìn)行調(diào)整。其過程見圖1。模糊控制系統(tǒng)中的硬件核心是模糊控制器,其結(jié)構(gòu)見圖2。模糊控制器是一種基于模糊控制規(guī)則的控制形式,其中模糊控制器由控制規(guī)則庫和推理運(yùn)算器組成。衡量模糊控制器的指標(biāo)通常是輸入輸出變量的數(shù)量,規(guī)則庫的大小以及推理運(yùn)算速度。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,這些都已不成為制約因素。因此在應(yīng)用模糊控制技術(shù)時,首先遵循下列步驟:①分析研究對象。②取得實(shí)際控制經(jīng)驗(yàn)。③確定控制規(guī)則。④進(jìn)行控制試驗(yàn)。⑤總結(jié)修改控制規(guī)則。3　模糊控制在給排水工程中的應(yīng)用3•1　水廠應(yīng)用水廠自動化投藥的控制一直是人們不斷探討的一個問題,因?yàn)榈貐^(qū)不同,水質(zhì)不同,投加量亦有

5、所不同。而影響投藥以后凝聚效果的因素很多:如原水濁度、流量、pH、溶解氧、溫度、氧化還原電位、導(dǎo)電率等。如何使沉淀池得到最佳的濁度效果,目前占主導(dǎo)的是以水的ζ電位來控制。我們認(rèn)為影響凝聚效果的因素很多,而這正是采用模糊控制技術(shù)的優(yōu)勢所在。熟練的技術(shù)操作人員,通過感官進(jìn)行現(xiàn)場觀察,再根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)就能很好地進(jìn)行有效的控制?；谶@一點(diǎn)我們在嘉興南門水廠進(jìn)行了模糊控制的試驗(yàn)。我們以嘉興南門水廠嘉興水源作為研究的對象。該水源為嘉興市內(nèi)河流,徑流量小,有時會發(fā)生水倒流現(xiàn)象,同時由于該河流為市內(nèi)交通要道,常有船只行走,因此該原水具有水質(zhì)較差且變化較大的現(xiàn)象,較難處理,水中色度、嗅

6、味較大,水中的氨氮及耗氧量較大。試驗(yàn)中,我們首先進(jìn)行攪拌試驗(yàn)并總結(jié)操作工人的操作經(jīng)驗(yàn),然后以原水濁度、原水pH、溫度、流量、出水濁度等作為輸入變量,加注泵的控制頻率作為輸出變量,建立控制規(guī)則。隨后,我們在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕显囼?yàn)并不斷改進(jìn)控制規(guī)則,還確定以出水濁度作為控制目標(biāo)并控制在5NTU以下。試驗(yàn)結(jié)果如下:第一次試驗(yàn):流量沒有納入輸入變量,發(fā)現(xiàn)在流量變化較小的情況下,模糊控制效果很好;在流量放大的情況下,效果變差見圖3。試驗(yàn)結(jié)果表明,投加量與流量不成正比。究其原因,可能是當(dāng)流量增大時,澄清池內(nèi)水的上升流速增大,因此投加量與流量不成線性關(guān)系。第二次試驗(yàn):流量納入輸入變量,效果

7、見圖4。從圖4可見,模糊控制器能很好地勝任自動加藥的控制。另一方面,我們做了同期(在相同原水條件下),人工加藥(自來水廠加藥)與模糊控制加藥的對比試驗(yàn),結(jié)果見表1?！　谋?可以看出,模糊控制能穩(wěn)定地控制沉淀池出水濁度,而且加藥量大大低于人工控制。因此它具有極大的推廣應(yīng)用價值,特別適合老水廠的技術(shù)改造,降低消耗,降低勞動強(qiáng)度,提高控制水平。3•2　排水應(yīng)用污水廠生化池污水溶解氧的控制一直是困擾污水廠自動控制的老問題,生化池污水溶解氧的控制涉及到兩個問題,其一:溶解氧的控制直接關(guān)系到出水水質(zhì);其二:生化池充氧的能耗占全廠能耗50%以上,具有