文摘
污泥处理的基本工艺流程和紧迫的介绍了。目的是建立一个自适应模糊控制算法对空调的问题,混合喂养,和紧迫的控制,以便设备用于处理污泥上运行的需求。通过仿真验证该算法。结果表明,模糊自适应控制系统的控制精度与原来相比显著提高PID(比例积分微分)控制算法。上电脑程序用VB编译(visual basic)和应用于工业控制保存能源消耗。
1。前言
城市污水处理将不可避免地产生污泥,许多有害物质仍将污泥,所以它是必要的治疗和处理剩余污泥的1];否则,它会污染环境。污泥处理和处置的降低、稳定无害,和资源的利用率。有必要减少污水处理厂的污泥之前连接到下一个阶段(2]。可以看出,脱水和体积减少目前最紧急的需求,不管什么处理方法。污泥调理和紧迫的技术被广泛应用,已成为一个重要的污泥脱水处理技术(3]。根据客户的需求,脱水后的含水率范围可以调节,它有一个很高程度的匹配与各种后续污泥处置渠道。由于不确定性的有机质含量,水分含量,并处理污泥干燥处理的环境,污泥的污泥体积和各种参数的每一批质量不确定,导致污泥调节公式和控制战略的不一致(4]。由于缺乏自适应调节系统,目前国内流程方案通常采用的方法添加更多的化学物质和放大的保险因素标准化泥的含水量;然而,它不能实现随需应变分布的化学物质和流程操作,增加了运营成本。此外,很难获得一个精确的数学模型和控制准确的传统方法;有很多系统在整个生产过程中输入参数和控制对象,仍然非线性和大时滞问题[5]。因此,需要提出更合理的和复杂的算法。模糊自适应控制技术用于动态地控制和调整喂养时间,过滤和紧迫的压力,时间紧迫的过程(6),从而实现随需应变的操作,实现的目标降低系统的整体能源消耗和节约运营成本。对于不确定的非线性系统,间接和直接自适应模糊控制(AFC)方法已经发达的过去几十年(7]。Javanbakht和Chakravorty提出的一个新的应用程序预测人类行为的适当运用TOPSIS作为工具进行数据优化(8]。加戈等人提出了一种新颖的观点关于连续可能性合作静态博弈。拟议中的Poss-CCSTG是一个持续的合作静态博弈(CCSTG)与成本相关的参数函数的球员包括可能性措施(9]。Bulut和Ozceylan开发了一个模糊推理系统(FIS)使用六个标准作为输入,144规则被创建,和语言变量的空气变形纱(ATY)纺织制造商使用的样品(10]。质量水平的产品根据不同的隶属度函数确定的提议FIS由MATLAB版本2015,和建议是由制造商。Arora等人使用预测COVID-19 Mamdani模糊推理系统。疾病的预后及时在家隔离或安全检查可以帮助病人尽早寻求医学治疗(11]。陈等人介绍了模糊理论的基本概念和几种常见类型的模糊等应用实例模糊洗衣机和焚化炉在中国工厂说明模糊控制的应用模糊理论在现实社会12]。本文不确定性的压力控制过程中污泥调节和紧迫,一种自适应模糊控制算法,并建立了控制模型,动态地控制和调整的过程,调节和紧迫,从而实现设备的操作要求,并达到的目标降低系统的整体能源消耗和节约运营成本。
2。污泥调理和紧迫的过程
剩余污泥的二次沉淀池污水处理厂污泥作为分析物的调节和紧迫的过程。(13]。污泥的体积或重量减少了三分之二,然后,剩下的三分之一的浓缩污泥减少90%以上通过“化学调节和紧迫的过程,”和污泥成为颗粒和水分含量低于60% (14最初],它可以减少污泥处理,减少后续的设备投资和运营成本。预浓缩后污泥定量添加适当比例的护发素改善污泥的脱水性能,杀死致病菌的污泥固化污泥中的重金属,然后按、压泥饼的含水率低于60%。相应的污泥体积会减少8 - 13倍(15]。的泥饼可以通过各种方法处理如填埋、土地利用、焚烧。整个过程如图1。
在这个过程中,核心设备是隔膜压滤机,它是由滤板和滤框和滤液通道。它由五部分组成16)如图2。一个滤布夹在每组滤板和过滤框架,和滤板和滤框压紧活动结束,因此压滤机室滤板和滤框之间形成的。污泥流从料液入口,和水从滤液流经滤板卸货港(17]。在这个过程中,滤饼将挤压和帧滤布上堆积。滤板和滤框后放松,可以很容易去皮泥饼从滤布的过滤框架或删除铲。
隔膜压滤机实现一个完整的循环污泥深度脱水过程,主要包括以下流程(18]:填充和过滤、隔膜压,进料口核心吹,自动拉板、卸饼,如图3。(1)填充和过滤:污泥注入所有的过滤室通过进料管道。与此同时,新注入的污泥挤压前污泥排放滤液通过滤布。(2)隔膜紧迫:喂养后完成后,挤压介质(高压水)进入,和隔膜进入过滤室的压力下停止位置。通过横膈膜的运动,过滤室的体积减少,滤饼压缩和机械干。(3)核心吹在进料口:用压缩空气吹的污泥喂食管道回方向,所以进料口和周围环境保持干燥19]。(4)自动拉板和卸载蛋糕:盖打开,液压系统驱动滤板移动设备打开过滤室,滤饼是排入下游设备。
在实际生产过程中,机器的关键参数是紧迫的压力和紧迫的时间,导致产生的泥饼板框压滤机满足标准。紧迫的压力不足,无论多长时间紧迫的时间,泥饼不能满足标准(20.];如果紧迫的压力是足够的和紧迫的时间是不够的,标准的泥的含水量不能生产。在成本控制方面,一方面,需要找到合适的紧迫压力,防止它太低超过泥生产的标准,进一步导致长期紧迫的能源浪费。另一方面,当确定了紧迫的压力(21),有必要找出合适的紧迫的时间,以达到合格的水泥浆的内容,和紧迫的时间不应该太长,浪费能源。此外,如果含水量的污泥进入污泥隔膜板框压滤机太高,为了维护过程稳定,化学添加剂的剂量比率必须稍微增加,从而增加了成本和污泥的含水量,和泥浆进入板框的数量也会增加(22]。如果浸出槽的停留时间缩短,生物反应是影响水分含量过高时,然后喂养需要在指定的时间内完成,和污泥螺杆泵的流量需求增加,这必然会增加污泥螺杆泵的力量,从而增加了能耗。在本文中,为了保证每一批的泥浆质量和制约条件,模糊自适应控制算法,动态地控制和调整喂食时间,紧迫的压力,过滤和紧迫的时间和过程,从而实现随需应变的操作,实现的目标降低系统的整体能耗和节约运营成本23]。
3所示。设计的模糊自适应控制算法
在1990年代早期,刘等人证明了模糊控制器是一个普遍的非线性近似者;即模糊控制器可以实现函数逼近任意精度下的连续非线性方程定义下的密度(24]。这是一个重要的普遍应用模糊技术的理论基础。1993年,杨等人首次提出一种稳定的自适应模糊控制方法。基于李雅普诺夫函数,他们给的自适应率参数的模糊系统,严格证明了控制系统的稳定性。派生的闭环控制系统是全局稳定的,系统的跟踪误差渐近收敛于零的情况下最小逼近误差平方可积(25]。杨等人的工作已经做了一个自适应模糊控制理论研究的突破。在他们的推广、分析方法的稳定性、健壮性和模糊控制系统的控制性能已迅速发展。稳定的自适应模糊控制方法提出了杨等人开辟了一种新的研究未知的非线性系统的控制问题与模糊逻辑系统。
3.1。系统描述
考虑到研究对象描述以下方程:
的公式,是一个未知函数,是一个未知的常数。直接自适应模糊控制使用下面的if - then模糊规则来描述控制知识:
的公式, , 是一个模糊集在吗 ,和 。
假设命令的位置 ;使
选择 所以,所有多项式的根 躺在左边半开的复杂平面。因为系统中是不确定的,为了确保模糊控制器的稳定性,另一个控制器可以设计并添加到模糊控制器保持稳定,即监督控制器。以控制律为
通过选择 ,当 , ,这是输出系统的逐渐收敛于理想的输出。
直接式模糊自适应控制是基于模糊系统设计一个反馈控制器 和调整参数向量的自适应律 ,因此,系统输出可以跟踪理想的输出尽可能多的。
3.2。模糊控制器的设计
直接自适应模糊控制器 一个模糊系统和在哪里是一组可调参数。
模糊系统可以由以下两个步骤:
步骤1。为变量 ,定义模糊集 。
步骤2。构造一个模糊系统用下面的模糊规则: 在哪里 。
产品推理引擎,单值fuzzer, center-averaged defuzzifier用于设计控制器。
让是一个免费的参数并把它们放在一组 ,分别;然后,模糊控制器 在哪里是一个维向量的 元素是
模糊控制规则(2)是嵌入在设置初始参数的模糊控制器。
3.3。自适应律的设计
然后,闭环系统动态方程(11)可以写成向量形式:
被定义为最优参数
最小逼近误差被定义为
从公式(13),我们可以得到
李雅普诺夫函数定义: 在参数是一个积极的常数。
是一个正定矩阵和满足李亚普诺夫方程: 在哪里是一个任意的正定矩阵 由方程(12)。
取 和 ,让 ,然后公式(17)成为 这是 和 。
的导数是
让的最后一列 ,它可以 从 ,然后,公式(21)成为
使自适应法:
自 和最小逼近误差,通过设计一个模糊系统吗有足够的规则,可以足够小,满足 ,这 。
直接自适应模糊控制系统的结构如图4。
3.4。模拟讨论
污泥调节和紧迫的仿真通常被定义为一个一阶惯性加纯滞后环节模型。污泥螺旋压过程是影响污泥浓度的波动,不同粘度的材料在废水、可变螺距的结构特点和直径,脱水过程。因此,脱水机的控制系统是非线性和时滞,这很容易导致脱水机的堵塞和不稳定的污泥排放浓度。
本文研究了污泥脱水过程和设计一个自适应模糊控制算法适用于污泥脱水。被控对象的传递函数和干扰频道 和 。输入压力 。采取以下五个隶属度函数fuzzify输入模糊系统: , , , ,和 。然后,有25个模糊规则近似 。根据隶属函数设计程序,隶属函数图,如图5。
在分析实际控制系统的输入和输出特性,得出污泥调节和紧迫的传递函数近似为一阶惯性加纯滞后环节模型。上面的模糊控制系统的阶跃响应曲线如图6。进行分析和比较,上述系统的控制效果和传统的PID控制效果是放在一个坐标系。从系统仿真曲线,PID控制器的系统响应曲线过度和过渡时间较长,而模糊控制器的系统响应曲线相对稳定,没有过度。
使用上面的自适应模糊算法中,由计算机实现实时控制。根据偏差和波动,模糊控制规则用于确定电机的输出,以获得良好的控制效果,具有以下特点:(1)与普通PID控制器的控制效果,系统响应超调小后,采用自适应模糊控制器,和响应曲线是稳定的(2)该系统具有良好的响应速度、稳定性和精度,具有较强的鲁棒性(3)三个参数确定模糊控制规则是动态的,哪个更符合系统的控制特性
4所示。控制系统组成
这个项目的自适应模糊控制算法开发的主机使用高级语言编程。整个控制系统由两部分组成:测量和控制子系统和执行子系统。测量和控制子系统负责完成现场数据的收集和生成动态调整加药量和喂养压力根据自适应模糊控制算法和发送变频器的调速命令控制。执行子系统由PLC和控制电动机,模糊控制软件和现场PLC之间的通信通过标准以太网通信协议。
压力控制主要分为进料控制和压力控制。一般来说,喂养压力不得超过0.45 MPa,滤饼的厚度或卷形成的喂养不得超过指定值。
4.1。饲料控制策略
收集每一批的有机物质含量污泥处理后,根据测量和计算饲料体积污泥含水率、加药量、批后污泥的含水量剂量。喂食时间设置(通常是90分钟),和自适应模糊控制用于subfeeding根据实际进料压力,和喂养压力自动调整以减少系统的能源消耗。系统所需的输入参数:最小喂量,喂食的时候,喂养材料,运行时间等参数。模糊控制系统将输出分段进料控制压力根据输入参数。
4.2。挤压控制策略
通过监测实时调节水箱的液位,当液位下降到设定值后,喂养完成后,污泥的含水量后剂量可以用来计算液位低槽需要降低。的材料数量选择紧迫的压力和紧迫的时间控制,控制媒体,和压力控制曲线如图7。
污泥的过程中调整和迫切,传统的PID自动控制模式和自适应模糊控制模式是用来控制污泥处理设备的操作和手术期间能耗设备的评估和比较。设备的能耗主要包括污泥喂养过程,调节过程中,迫切的过程,和污泥输送过程。比较分析表所示1。
据统计在上面的表中,污泥处理成套设备操作时根据传统PID控制模式和自适应模糊控制模式,除了污泥输送系统,后者节省近11%的总成本的电力。
5。总结
在本文中,自适应模糊控制系统的设计和实现污泥调节和紧迫的过程完成后,优于传统的PID控制方法。模糊控制是根据专家的经验,控制智能和灵活的控件,它可以控制系统实时准确。简单而有效的控制过程。与传统的控制器相比,它具有超调小,稳态误差小。对于不同的控制对象,在不改变参数,达到更好的控制效果。通过实时动态检测和自适应控制的每一批污泥体积和泥浆质量和使用模糊专家控制技术建立控制模型,动态地控制和调整调节过程中,对需求的设备可以操作,以减少系统的整体能耗,节约能源。与连续模糊控制技术的深入研究和发展,它肯定会打开新的应用前景为工业过程控制、环境保护和控制领域的污水污泥。
本文研究了自适应模糊控制方法在污水处理厂污泥调节和紧迫,为了降低生产能耗。另一方面,操作的历史数据积累的污水处理系统,以及许多重要的信息是隐藏在这些数据。重要的是要理解隐藏的知识,背后的潜在关系和规则的数据大量高度耦合历史数据。在下一步中,我们将深入研究溶解氧和总污泥之间的耦合关系,结合的控制溶解氧的控制总污泥,然后研究了污泥减少污水处理过程中的控制方法。
数据可用性
所有的数据、模型和代码生成或使用在研究出现在提交文章。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作得到了广州青年科技教育项目(KP 2022157)和智能控制应用程序的支持创新团队在广州高职院校。