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城市污水处理厂中A~2O工艺过程的建模研究

作　者: 瞿飚
导　师: 黄河清
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 操作指导模型 A~2O工艺 BP 支持向量机多模型建模
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 19次
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内容摘要

水环境的污染加上水资源的匮乏,促使了污水处理的大力发展,使得建立一个可靠的污水处理系统,并对污水处理过程的各个重要过程参数进行监测和控制是非常有必要的。一来可以控制出水的水质符合指定的标准,二来可以对整个处理过程的能耗进行优化,节能减排。这两方面分别代表这两个非常重要的污水处理过程参数,出水COD和生化池DO,前者指出水的生化需氧量,而生化池的DO数值则代表着生化池进行有机物降解的程度以及鼓风机的能耗。本课题的目标就是建立一个为操作进行指导的模型来帮助在出水水质达标的前提下优化DO的数值,达到节能减排的目地。建立模型的方法可以分为机理模型和基于智能控制方法的黑匣子模型,前者需要对工艺过程很深的理解,后者只需要合适的样本输入输出数据。基于污水处理过程的复杂性,本文采用的是基于智能控制方法的建模方式。而其中以神经元网络和数理统计中的支持向量机为主。本课题的研究对象是城市污水处理过程中的A20工艺过程。首先对A20工艺污水处理系统的工艺流程和特点进行分析和研究,用BP神经网络和最小二乘-支持向量机分别对筛选处理过的数据进行建模和优化,之后,文章对比了这两种最受欢迎的智能建模方法,得出他们各自适用的污水处理过程。最后基于对上述两个单一模型理解的基础上,加上对污水处理系统多模型建模的可行性分析,提出了基于模糊C均值聚类的多模型建模方法。该种建模方法能够利用多种模型各自的优点,加快数据的预测速度,提高预测精度和泛化能力。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-13
  1.1 课程背景及意义  9
  1.2 污水处理系统监测和控制现状  9-10
  1.3 污水处理过程建模研究现状  10-11
  1.4 论文主要工作  11-13
第2章污水处理工艺方法及控制  13-25
  2.1 常见污水处理方法介绍  13-14
  2.2 污水处理工艺介绍  14-18
    2.2.1 常见生物法污水处理工艺介绍  14-17
    2.2.2 A~2O污水处理工艺简介  17-18
  2.3 本文污水来源及水质  18-19
  2.4 本文污水处理工艺流程  19-20
  2.5 建模对象及辅助变量的选择  20-24
    2.5.1 建模对象的选择  20-21
    2.5.2 辅助变量的选择  21-24
  2.6 本章小结  24-25
第3章基于BP的神经网络建模方法  25-37
  3.1 人工神经网络概述  25-27
    3.1.1 人工神经网络的起源与发展  25-26
    3.1.2 人工神经网络在污水处理建模中的应用  26-27
  3.2 BP神经网络的基本原理  27-29
    3.2.1 BP神经网络的基本结构  27
    3.2.2 BP算法的步骤  27-28
    3.2.3 BP算法的学习规则  28-29
    3.2.4 BP算法的局限性  29
  3.3 基于BP神经网络的生化池出水COD建模  29-33
    3.3.1 数据采集和预处理  29-32
    3.3.2 网络拓扑结构  32
    3.3.3 模型性能参数指标  32-33
    3.3.4 仿真结果分析  33
  3.4 BP模型的改进  33-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章基于LS-SVM的统计建模方法  37-50
  4.1 支持向量机方法概述  37-44
    4.1.1 统计学习理论  37
    4.1.2 支持向量机简述  37-44
  4.2 最小二乘-支持向量机(LS-SVM)  44-45
  4.3 基于LS-SVM的生化池出水COD建模  45-47
    4.3.1 模型的建立  45
    4.3.2 参数调整对模型的影响  45-47
  4.4 BP和LS-SVM的对比  47-49
  4.5 本章小结  49-50
第5章基于模糊C均值聚类的多模型建模方法  50-60
  5.1 多模型建模方法在建模中的应用  50-52
    5.1.1 多模型理论  50-52
    5.1.2 多模型的建模方法  52
  5.2 多模型在污水处理中的可行性分析  52-53
  5.3 模糊C均值聚类原理  53-56
    5.3.1 隶属度函数  54
    5.3.2 硬C-均值聚类算法  54-55
    5.3.3 模糊C-均值聚类算法  55-56
  5.4 基于模糊C均值聚类的多模型出水COD的多模型预测模型  56-59
  5.5 本章小结  59-60
第6章总结与展望  60-62
  6.1 本文主要工作总结  60
  6.2 工作展望  60-62
参考文献  62-65
致谢  65

城市污水处理厂中A~2O工艺过程的建模研究

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