基于氨氮前馈的溶解氧模糊自适应PID控制

薛美盛 薛生辉

(中国科学技术大学自动化系，合肥 230026)

污水处理是一个高能耗行业，高能耗往往造成处理厂运营成本高，使一些经济困难地区的污水处理厂难以发挥投资和环境效益[1]。污水处理工艺中，尤其在脱氮除磷方面，生化处理是诸多方法中既经济又有效的方法[2]。曝气系统是活性污泥及生物接触氧化等污水好氧生物处理系统中非常关键的环节，也是主要的耗能单元[3～8]。曝气系统的电耗占我国城市污水处理厂总用电量的50%～70%[2，7，9]。曝气系统主要用于控制生化处理过程好氧池中的溶解氧(DO)。DO是污水处理生化反应过程中一个非常重要的指标，它能直观快速地反映整个系统的运行状况[10]。作为曝气系统的重要组成部分，DO控制系统具有非线性、大惯性、时变性、时滞性、不确定性及难以精确建模等特点[10～12]。因而，DO控制不仅是污水生化处理中的重点问题，也是难点问题[10]。

目前，在DO的连续、自动控制方面多采用常规PID控制[13～15]。由于系统的非线性及时变性等特性，固定参数的PID很难保证控制作用时时最优。为了保证系统运行安全[9]和出水达标[6]，DO浓度的设定值往往保持在较高的数值上，导致过量曝气，造成很大的浪费。运用模糊推理在线调整PID参数，能更好地适应系统参数和工作条件的变化，提高控制精度，增加稳态性能。实时检测进水氨氮的浓度，通过进水氨氮前馈来选择合适的DO设定值可以降低能耗。文献[16，17]的研究也表明，通过进水氨氮的前馈可以减少曝气的空气流量，节约能源。……