CN108996666A - 一种垃圾渗滤液好氧曝气自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垃圾渗滤液好氧曝气自动控制方法，该方法包括：获取好氧反应池内的当前溶解氧浓度；获取给定溶解氧浓度值与当前溶解氧浓度值之间的浓度偏差E及浓度偏差变化率EC；将模糊化的浓度偏差E和浓度偏差变化率EC作为模糊控制的输入量，Δkp、Δki和Δkd作为模糊控制的输出量；制定出Δkp、Δki和Δkd模糊控制规则表；根据模糊控制规则表推算出PID调节的增量参数Δkp、Δki和Δkd，通过增量参数的选择确定最终PID控制程序的kp、ki和kd；PID调节器根据kp、ki和kd三个值得出风机频率，输入到变频器中，从而自动调节频率，本发明能够自动调节风机频率，从而调节溶解氧浓度，且能够实现PID参数的自我修订，增强自动控制程序的抗冲击性。

Description

一种垃圾渗滤液好氧曝气自动控制方法

技术领域

本发明涉及垃圾处理技术领域，尤其涉及一种垃圾渗滤液好氧曝气自动控制方法。

背景技术

目前的垃圾渗滤液主流处理工艺主要为：垃圾渗滤液经过过滤沉沙后进入调节池储存，通过进水泵泵入厌氧反应系统，将大部分有机污染物(即COD)降解掉，出水进入缺氧反应池和好氧反应池，进一步除去COD、氨氮等污染物，最终通过超滤系统和反渗透系统深度处理，满足排放指标，污水进入好氧反应池时，一个重要的控制指标就是池中的溶解氧浓度，溶解氧浓度一般要求在2-4mg/L，如果过低会导致污染物无法顺利分解，好氧微生物会大量死亡；如果溶解氧过高，会导致好氧污泥的老化，降低泥水的分离性，导致后端深度处理难度的增加。

工程领域利用罗茨鼓风机为好氧反应池提供溶解氧，通过鼓入空气使得溶解氧溶解到反应池中，然后被微生物利用，随着溶解氧被利用，池中溶解氧浓度降低，此时通过提交罗茨风机的频率增大鼓风量，从而提高溶解氧浓度；相反降低鼓风机频率，减少鼓风量，从而降低池中溶解氧浓度，目前主流的控制手段是人为观察池中溶解氧的浓度，判断溶解氧上升还是下降，通过手动改变罗茨风机频率，来达到调整鼓风机鼓风量从而控制溶解氧浓度，此种控制手段存在以下几个缺点：

(1)手动操作，增加工人操作频率，对于工人的操作水平和运行经验要求高，不利于减轻劳动量，同时由于风机频率人工调节变化幅度大，很难实现长时间稳定，导致风机运行电流波动较大，导致罗茨风机运行能耗较高不利于节能；

(2)手动操作不能持续控制，使得溶解氧会有波动，溶解氧的波动会导致反应过程的不稳定，影响处理效果，导致出水指标不达标。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种垃圾渗滤液好氧曝气自动控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种垃圾渗滤液好氧曝气自动控制方法，该方法的具体步骤是：

S1：获取好氧反应池内的当前溶解氧浓度；

S2：获取给定溶解氧浓度值与所述当前溶解氧浓度值之间的浓度偏差E及浓度偏差变化率EC；

S3：分别对所述浓度偏差E和所述浓度偏差变化率EC进行模糊化处理，将模糊化的浓度偏差E和浓度偏差变化率EC作为模糊控制的输入量，PID调节器的三个参数kp、ki和kd的变化量Δkp、Δki和Δkd作为模糊控制的输出量；

其中，将浓度偏差E、浓度偏差变化率EC及Δkp、Δki和Δkd的模糊子集均设定为7个等级，分别为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，对应的语言值分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，其论域为{-3、-2、-1、0、1、2、3}；

S4：根据E和EC变化程度以及kp、ki和kd在PID调节器中的数学意义，制定出Δkp、Δki和Δkd模糊控制规则表，其中，Δkp模糊控制规则表如下：

Δki模糊控制规则表如下：

Δkd模糊控制规则表如下：

S5：根据模糊控制规则表推算出PID调节的增量参数Δkp、Δki和Δkd，通过增量参数的选择确定最终PID控制程序的kp、ki和kd，具体地，kp、ki和kd的计算方法如下：

kp＝kp0+Δkp*mp，Δki＝ki0+Δki*mi，kd＝kd0+Δkd*md，其中kp0、ki0、kd0为kp、ki、kd的初始值，实际工程中的调试结果分别为0.003、0.000045和0.02，mp、mi和md为kp、ki和kd的比例因子，实际工程中的调试结果分别为0.0005、0.00001和0.005；

S6：PID调节器根据kp、ki和kd三个值得出风机频率，输入到变频器中，从而自动调节频率。

优选的，所述浓度偏差E的基本论域为：{-1.5，1.5}，所述浓度偏差变化率EC的基本论域为：{-0.15，0.15}。

优选的，采用三角形隶属函数作为浓度偏差E、浓度偏差变化率EC、Δkp、Δki和Δkd的隶属度函数。

本发明的有益效果：

本发明采用模糊控制策略通过对鼓风机风量的控制实现对好氧反应池溶解氧浓度的自动控制，通过PID调节实现循环控制，根据溶解氧的当前值与给定值之间的差异，调节风机频率，从而达到自动控制的作用；通过模糊控制表及控制规则，实现PID参数的自我修订，增强自动控制程序的抗冲击性，以及智能化，能够克服渗滤液处理进水复杂多变的情况。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的控制系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1和图2所示，一种垃圾渗滤液好氧曝气自动控制方法，该方法的具体步骤是：

S1：获取好氧反应池内的当前溶解氧浓度；

具体地，通过在好氧池内设置溶解氧在线监测仪对好氧池内溶解氧进行实施监测，获取当前溶解氧浓度。

S2：获取给定溶解氧浓度值与所述当前溶解氧浓度值之间的浓度偏差E及浓度偏差变化率EC；

具体地，首先人工输入溶解氧浓度的给定值，即自动程序最终实现溶解氧控制的目标值，然后计算溶解氧的浓度偏差E和浓度偏差变化率EC。

S3：分别对所述浓度偏差E和所述浓度偏差变化率EC进行模糊化处理，将模糊化的浓度偏差E和浓度偏差变化率EC作为模糊控制的输入量，PID调节器的三个参数kp、ki和kd的变化量Δkp、Δki和Δkd作为模糊控制的输出量，将浓度偏差E、浓度偏差变化率EC及Δkp、Δki和Δkd的模糊子集均设定为7个等级，分别为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，对应的语言值分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，其论域为{-3、-2、-1、0、1、2、3}。

S4：根据E和EC变化程度以及kp、ki和kd在PID调节器中的数学意义，制定出Δkp、Δki和Δkd模糊控制规则表。

模糊规则如下：当E和EC变化大时，说明实际值与设定值差异较大，为了加快频率的响应速率，应该取较大kp，同时为了避免微分在计算过程中过饱和，又要对积分限制在一定的范围内，那么就要让ki尽可能接近于零；当E和EC变化居中时，kp应随之变小，ki要取值适中，使得系统响应有较小的超前调整。当E和EC变化很小接近于零时，适当增加kp和ki的取值，使得PID调节器将输出结果稳定在一个值附近。根据以上规则，制定Δkp、Δki和Δkd模糊控制规则表如下：

其中，Δkp模糊控制规则表如下：

Δki模糊控制规则表如下：

Δkd模糊控制规则表如下：

E和EC基本论域对应的理论模糊子集如下表：

将浓度偏差E、浓度偏差变化率EC、Δkp、Δki和Δkd的模糊子集规定为：E＝EC＝U＝{负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正中(OM)，正大(PB)}，即(-3、-2、-1、0、1、2、3)；E的基本论域为：(-1.5，1.5)；EC的基本论域为：(-0.15，0.15)。

E和EC的基本论域对应的模糊子集如下表：

自动程序根据溶解氧的浓度偏差E和浓度偏差变化率EC自动匹配模糊子集，根据模糊子集所匹配出的规则，查找对应的模糊控制表，根据模糊控制规则表推算出PID调节的增量参数Δkp、Δki和Δkd，通过增量参数的选择确定最终PID控制程序的kp、ki和kd，具体地，kp、ki和kd的计算方法如下：

kp＝kp0+Δkp*mp，Δki＝ki0+Δki*mi，kd＝kd0+Δkd*md，其中kp0、ki0、kd0为kp、ki、kd的初始值，实际工程中的调试结果分别为0.003、0.000045和0.02，mp、mi和md为kp、ki和kd的比例因子，实际工程中的调试结果分别为0.0005、0.00001和0.005。

由于三角形隶属度函数属于简化的数学模型，实际过程中可能会有些偏差，所以发明人将此规则表编入实际项目的污水控制PLC程序，进行调试，根据三个月的试运行，发现在靠近-3和3的时候，此规则表Δkp、Δki和Δkd的隶属值需要做一些微调，根据调试运行经验将以上规则表修正如下：

经过修订后的E和EC基本论域对应的模糊子集

S6：PID调节器根据kp、ki和kd三个值得出风机频率，输入到变频器中，从而自动调节频率。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种垃圾渗滤液好氧曝气自动控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤是：

S1：获取好氧反应池内的当前溶解氧浓度；

S2：获取给定溶解氧浓度值与所述当前溶解氧浓度值之间的浓度偏差E及浓度偏差变化率EC；

S3：分别对所述浓度偏差E和所述浓度偏差变化率EC进行模糊化处理，将模糊化的浓度偏差E和浓度偏差变化率EC作为模糊控制的输入量，PID调节器的三个参数kp、ki和kd的变化量Δkp、Δki和Δkd作为模糊控制的输出量；

其中，将浓度偏差E、浓度偏差变化率EC及Δkp、Δki和Δkd的模糊子集均设定为7个等级，分别为{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，对应的语言值分别代表负大、负中、负小、零、正小、正中、正大，其论域为{-3、-2、-1、0、1、2、3}；

S4：根据E和EC变化程度以及kp、ki和kd在PID调节器中的数学意义，制定出Δkp、Δki和Δkd模糊控制规则表，其中，Δkp模糊控制规则表如下：

Δki模糊控制规则表如下：

Δkd模糊控制规则表如下：

S5：根据模糊控制规则表推算出PID调节的增量参数Δkp、Δki和Δkd，通过增量参数的选择确定最终PID控制程序的kp、ki和kd，具体地，kp、ki和kd的计算方法如下：

kp＝kp0+Δkp*mp，Δki＝ki0+Δki*mi，kd＝kd0+Δkd*md，其中kp0、ki0、kd0为kp、ki、kd的初始值，实际工程中的调试结果分别为0.003、0.000045和0.02，mp、mi和md为kp、ki和kd的比例因子，实际工程中的调试结果分别为0.0005、0.00001和0.005；

S6：PID调节器根据kp、ki和kd三个值得出风机频率，输入到变频器中，从而自动调节频率。

2.根据权利要求1所述的一种垃圾渗滤液好氧曝气自动控制方法，其特征在于，所述浓度偏差E的基本论域为：{-1.5，1.5}，所述浓度偏差变化率EC的基本论域为：{-0.15，0.15}。

3.根据权利要2所述的一种垃圾渗滤液好氧曝气自动控制方法，其特征在于，采用三角形隶属函数作为浓度偏差E、浓度偏差变化率EC、Δkp、Δki和Δkd的隶属度函数。