一種滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方法及系統的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方法及系統，所述方法包括：接收檢測裝置發(fā)送的檢測輸入量，并計算檢測輸入量與給定值之間的偏差以及所述偏差的變化率以作為模糊控制的輸入變量；將輸入變量模糊化為模糊輸入量，基于模糊輸入量進行模糊推理和決策以得到模糊輸出量，并將模糊輸出量解模糊化為控制輸出量；將控制輸出量輸出至風量分配控制器以控制曝氣機的風機風量，其中，檢測輸入量包括好氧反應池的氧含量，與之相對應的控制輸出量為曝氣機總風量給定數據。根據本發(fā)明，采用模糊控制策略通過對曝氣機風機風量的控制實現對好氧反應池氧含量的自動控制，解決滲濾液處理好氧反應中曝氣量的PID自動控制不能滿足生產需求的問題。
【專利說明】
一種滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方法及系統
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及滲濾液處理領域，具體而言涉及一種滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊 控制方法及系統。
【背景技術】
[0002] 目前，我國城市生活垃圾的處理主要采用填埋技術或焚燒技術，無論在填埋或焚 燒處理過程中都會產生垃圾滲濾液。垃圾滲濾液中CODCr濃度約6000-70000mg/L，NH3-N濃 度約1000-2500mg/L，同時含有大量溶解性固體(鈉 、鈣、氯化物、硫酸鹽等），是一種水質水 量變化大、微生物營養(yǎng)元素比例失調、成分極其復雜、污染物濃度高的有機廢水，并伴有極 重的腐敗臭味，如不妥善處理，會對周圍的水體和土壤造成嚴重污染，對周邊人民群眾的身 體健康產生嚴重威脅。
[0003] 目前垃圾滲濾液處理方式有生物處理、物化處理和膜處理三種方式，三種方式一 般會組合應用，以保證出水達標排放。生物處理用于去除可降解有機物和低濃度的氨氮，一 般包括厭氧生物處理和好氧生物處理。其中，在實際的滲濾液好氧生物處理中，曝氣機的能 耗超過滲濾液處理整個系統能耗的15%，如果能夠顯著的減少曝氣風機的運行功耗，對于 全廠的節(jié)能具有顯著的意義。
[0004] 在實踐中，通常使用PID(比例（proportion)、積分（integration)、微分 (differentiation))控制方式自動調節(jié)曝氣機的曝氣量，最終使溶氧值快速穩(wěn)定的趨于設 定值附近。由于生化反應系統的復雜性，有時需要對PID參數進行重新整定，加大曝氣風機 控制參數的波動，不利于系統的穩(wěn)定運行。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對現有技術的不足，本發(fā)明提供一種滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方 法，包括：
[0006] 接收檢測裝置發(fā)送的檢測輸入量，并計算所述檢測輸入量與給定值之間的偏差以 及所述偏差的變化率以作為模糊控制的輸入變量；
[0007] 將所述輸入變量模糊化為模糊輸入量，基于所述模糊輸入量進行模糊推理和決策 以得到模糊輸出量，并將所述模糊輸出量解模糊化為控制輸出量；
[0008] 將所述控制輸出量輸出至風量分配控制器以控制曝氣機的風機風量，
[0009] 其中，所述檢測輸入量包括好氧反應池的氧含量，與所述好氧反應池的氧含量相 對應的控制輸出量為曝氣機總風量給定數據。
[0010] 在一個示例中，所述將所述輸入變量模糊化為模糊輸入量包括將所述輸入變量映 射變換到離散的輸入論域。
[0011] 在一個示例中，所述輸入變量按照下式進行量化：
[0012]
[0013] 其中，x表示所述輸入變量，Y表示量化后的輸入變量，a表示所述輸入變量的下限， b表示所述輸入變量的上限，η表示量化等級。
[0014] 在一個示例中，所述解模糊化按照下式進行：
[0015] F =-X (/) - i/ j + a 2 X /7
[0016] 其中，X表示所述模糊輸出量，Y表示所述控制輸出量，a表示所述模糊輸出量的下 限，b表示所述模糊輸出量的上限，η表示量化等級。
[0017] 在一個不例中，所述輸入變量對應的輸入論域設置為4,所述模糊輸出量對應的輸 出論域設置為6。
[0018] 在一個示例中，所述模糊輸入量的語言值模糊子集為[負大（NB)，負小（NS)，零 (0)，正小(PS)，正大(PB)]。
[0019] 在一個示例中，所述模糊輸出量的語言值模糊子集為[負大(NB)，負中（匪），負小 (NS)，零(0)，正小(PS)，正中（PM)，正大(PB)]。
[0020] 在一個示例中，所述模糊輸入量的語言值模糊子集的隸屬函數為簡單的正態(tài)函 數，函數類型采用高斯型。
[0021] 在一個示例中，所述好氧反應池的氧含量的給定值為10mg/L，所述好氧反應池的 氧含量的偏差范圍為[-10%，10%]，所述好氧反應池的氧含量的偏差變化率范圍為[-3%， 3%]〇
[0022] 本發(fā)明還提供一種滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制系統，包括：
[0023] 輸入模塊，用于接收檢測裝置發(fā)送的檢測輸入量，并計算所述檢測輸入量與給定 值之間的偏差以及所述偏差的變化率以作為模糊控制的輸入變量；
[0024] 處理模塊，用于將所述輸入變量模糊化為模糊輸入量，基于所述模糊輸入量進行 模糊推理和決策以得到模糊輸出量，并將所述模糊輸出量解模糊化為控制輸出量；
[0025] 輸出模塊，用于將所述控制輸出量輸出至風量分配控制器以控制曝氣機的風機風 量，
[0026] 其中，所述檢測輸入量包括好氧反應池的氧含量，與所述好氧反應池的氧含量相 對應的控制輸出量為曝氣機總風量給定數據。
[0027] 根據本發(fā)明，采用模糊控制策略通過對曝氣機風機風量的控制實現對好氧反應池 氧含量的自動控制，能夠解決滲濾液處理好氧反應中曝氣量的PID自動控制不能滿足生產 需求的問題，使系統運行的更加穩(wěn)定，同時解決了曝氣風機控制參數波動太大的問題，減少 了曝氣量，并穩(wěn)定了好氧反應池的氧含量。
【附圖說明】
[0028] 本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā) 明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0029] 附圖中：
[0030] 圖1示出了根據本發(fā)明實施例的滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方法的流程 圖；
[0031] 圖2示出了根據本發(fā)明實施例的滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方法應用于 示例性場景時的信號數據流圖；
[0032] 圖3示出了根據本發(fā)明實施例的滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制系統的結構 框圖。
【具體實施方式】
[0033] 在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然 而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以 實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進 行描述。
[0034] 為了徹底了解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的方法步驟和/或結構。顯然， 本發(fā)明的施行并不限定于本領域的技術人員所熟悉的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細 描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0035] 應當理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應當解釋為局限于這里提出的 實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給 本領域技術人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終 相同附圖標記表示相同的元件。
[0036] 應當理解的是，當在本說明書中使用術語"包含"和/或"包括"時，其指明存在所述 特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、 步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。單數形式的"一"、"一個"和"所述/該"也意圖包括 復數形式，除非上下文清楚指出另外的方式。
[0037]在實際的滲濾液好氧生物處理中，曝氣機的能耗超過滲濾液處理整個系統能耗的 15%，如果能夠顯著的減少曝氣風機的運行功耗，對于全廠的節(jié)能具有顯著的意義。在實踐 中，通常使用PID控制方式自動調節(jié)曝氣機的曝氣量，最終使溶氧值快速穩(wěn)定的趨于設定值 附近。由于生化反應系統的復雜性，有時需要對PID參數進行重新整定，加大曝氣風機控制 參數的波動，不利于系統的穩(wěn)定運行。
[0038]為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方法， 模糊控制器通過氧量給定及實際的氧量，計算出實際需要的總風量，風量控制器再進行分 配每個風機的給定風量，每個風機的風量PID控制器控制風機的流量，由此實現好氧反應池 氧含量的穩(wěn)定，同時減少曝氣機的運行功耗。
[0039] 圖1示出了根據本發(fā)明實施例的滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方法的流程 圖。如圖1所示，滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方法包括如下步驟：
[0040] 步驟101:接收檢測裝置發(fā)送的檢測輸入量，并計算檢測輸入量與給定值之間的偏 差以及該偏差的變化率以作為模糊控制的輸入變量。
[0041] 其中，可以基于對垃圾焚燒的具體參數的控制需求來設置所需檢測的輸入參數及 相對應的檢測裝置。例如，在本發(fā)明的一個示例中，需要對好氧反應池的氧含量進行控制， 那么可以設置相應的傳感器來檢測好氧反應池的氧含量。
[0042] 在計算檢測輸入量與給定值之間的偏差(或稱為誤差)E以及該偏差的變化率(或 稱為誤差變換率)DE時，可以將所檢測到的好氧反應池的氧含量的實際值(也稱為過程值） 與其對應的給定值相比較得到偏差信號，并對偏差信號進行微分以得到偏差的變化率。模 糊控制可以以上述偏差和偏差變化率作為輸入變量。
[0043] 步驟102:將輸入變量模糊化為模糊輸入量，基于模糊輸入量進行模糊推理和決策 以得到模糊輸出量，并將模糊輸出量解模糊化為控制輸出量。
[0044] 具體地，可以將輸入變量映射變換到離散的輸入論域上，以得到模糊輸入量。繼續(xù) 上面的示例，設好氧反應池的氧含量的給定值為l〇mg/L，好氧反應池的氧含量的偏差范圍 為[-10% ,10%]，好氧反應池的氧含量的偏差變化率范圍為[-3 %，3 % ]。
[0045] 在本發(fā)明的一個示例中，輸入變量可以按照式(1-1)進行量化：
[0046]
( 1-1 )
[0047] 其中，在式（1-1)中，X表示輸入變量，Y表示量化后的輸入變量，a表示輸入變量的 下限，b表示輸入變量的上限，η表示量化等級。
[0048] 由于對好氧反應池的氧含量的控制精度要求不高，在一個示例中，對于輸入變量 論域設置為4,變量語言值的模糊子集可以為[呢，吧，0，？5，？8]，就可以滿足要求。在一個示 例中，對于輸出變量，為了防止系統震蕩，輸出變量論域設置為6,變量語言值的模糊子集可 以為[呢，匪，吧，0，？3，？1，？8]，其中，呢表示負大，匪表示負中，吧表示負小，0表示零，？3表 示正小，PM表示正中，PB表示正大。對于輸入變量的隸屬函數采用較為簡單的正態(tài)函數，函 數類型采用高斯型
其中，PB的隸屬函數為的隸屬函數為 玫'''!1?:，〇的隸屬函數為孩'^論?，匪的隸屬函數為 ,NB的隸屬函數為。
[0049] 根據本發(fā)明的一個實施例，模糊策略庫的設計可以為如下：
[0050] 如果偏差為正大，則輸出為負大；
[0051 ]如果偏差為正小，則輸出為負大；
[0052]如果偏差為零并且偏差變化率為正大，則輸出為零；
[0053]如果偏差為零并且偏差變化率為負大，則輸出為零；
[0054] 如果偏差為負大，則輸出為正大；
[0055] ……
[0056] 根據模糊語言值的隸屬函數以及模糊策略庫，可以得到模糊關系；基于模糊輸入 量和模糊關系，可以得到模糊輸出量;模糊輸出量經過解模糊化可以得到最終的控制輸出 量。
[0057]在本發(fā)明的一個示例中，對模糊輸出量的解模糊化可以按照式(1-2)進行：
[0058]
(丨-2)
[0059]其中，在式（1-2)中，X表不模糊輸出量，Y表不控制輸出量，a表不模糊輸出量的下 限，b表示模糊輸出量的上限，η表示量化等級。
[0060] 步驟103:將控制輸出量輸出至風量分配控制器以控制曝氣機的風機風量。繼續(xù)上 面的示例，當檢測輸入量為好氧反應池的氧含量時，對應的控制輸出量為曝氣機總風量給 定數據。
[0061] 該曝氣機總風量給定數據被發(fā)送至風量分配控制器，通過風量分配控制器輸出每 個曝氣機的風機風量至對應的風量PID控制器，進而調節(jié)控制好氧反應池的氧含量。圖2示 出了根據本發(fā)明實施例的自動燃燒模糊控制方法應用于上述示例時的信號數據流圖，可以 結合圖2來理解上述方法的原理及過程。
[0062] 根據本發(fā)明另一方面，還提供一種滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制系統，圖3 示出了根據本發(fā)明實施例的滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制系統300的結構框圖。如 圖3所示，滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制系統300包括輸入模塊301、處理模塊302和 輸出模塊303。
[0063] 其中，輸入模塊301用于接收檢測裝置發(fā)送的檢測輸入量，并計算檢測輸入量與給 定值之間的偏差以及偏差的變化率以作為模糊控制的輸入變量。處理模塊302用于將輸入 變量模糊化為模糊輸入量，基于模糊輸入量進行模糊推理和決策以得到模糊輸出量，并將 模糊輸出量解模糊化為控制輸出量。輸出模塊303用于將控制輸出量輸出至風量分配控制 器以控制曝氣機的風機風量。其中，檢測輸入量包括好氧反應池的氧含量，與好氧反應池的 氧含量相對應的控制輸出量為曝氣機總風量給定數據，可以參考結合圖1描述的實施例理 解每個模塊操作的具體過程，此處不再贅述。
[0064] 本發(fā)明實施例的各個模塊可以以硬件實現，或者以在一個或者多個處理器上運行 的軟件模塊實現，或者以它們的組合實現。本領域的技術人員應當理解，可以在實踐中使用 微處理器或者數字信號處理器(DSP)來實現根據本發(fā)明實施例的滲濾液好氧反應池曝氣系 統模糊控制系統中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本發(fā)明還可以實現為用于執(zhí) 行這里所描述的方法的一部分或者全部的設備或者裝置程序(例如，計算機程序和計算機 程序產品）。這樣的實現本發(fā)明的程序可以存儲在計算機可讀介質上，或者可以具有一個或 者多個信號的形式。這樣的信號可以從因特網網站上下載得到，或者在存儲載體上提供，或 者以任何其他形式提供。
[0065] 上述滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方法及系統采用模糊控制策略通過對 曝氣機風機風量的控制實現對好氧反應池氧含量的自動控制，能夠解決滲濾液處理好氧反 應中曝氣量的PID自動控制不能滿足生產需求的問題，使系統運行的更加穩(wěn)定，同時解決了 曝氣風機控制參數波動太大的問題，減少了曝氣量，并穩(wěn)定了好氧反應池的氧含量。
[0066] 本發(fā)明已經通過上述實施例進行了說明，但應當理解的是，上述實施例只是用于 舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內。此外本領域技術人 員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據本發(fā)明的教導還可以做出更多種的 變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內。本發(fā)明的保護范圍由 附屬的權利要求書及其等效范圍所界定。
【主權項】
1. 一種滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制方法，其特征在于，所述模糊控制方法包 括： 接收檢測裝置發(fā)送的檢測輸入量，并計算所述檢測輸入量與給定值之間的偏差以及所 述偏差的變化率以作為模糊控制的輸入變量； 將所述輸入變量模糊化為模糊輸入量，基于所述模糊輸入量進行模糊推理和決策以得 到模糊輸出量，并將所述模糊輸出量解模糊化為控制輸出量； 將所述控制輸出量輸出至風量分配控制器以控制曝氣機的風機風量， 其中，所述檢測輸入量包括好氧反應池的氧含量，與所述好氧反應池的氧含量相對應 的控制輸出量為曝氣機總風量給定數據。2. 根據權利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述將所述輸入變量模糊化為模 糊輸入量包括將所述輸入變量映射變換到尚散的輸入論域。3. 根據權利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述輸入變量按照下式進行量 化：其中，X表示所述輸入變量，Y表示量化后的輸入變量，a表示所述輸入變量的下限，b表 示所述輸入變量的上限，η表示量化等級。4. 根據權利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述解模糊化按照下式進行：其中，X表示所述模糊輸出量，Υ表示所述控制輸出量，a表示所述模糊輸出量的下限，b 表示所述模糊輸出量的上限，η表示量化等級。5. 根據權利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述輸入變量對應的輸入論域設 置為4，所述模糊輸出量對應的輸出論域設置為6。6. 根據權利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述模糊輸入量的語言值模糊子 集為[負大(ΝΒ)，負小(NS)，零(0)，正小(PS)，正大(ΡΒ)]。7. 根據權利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述模糊輸出量的語言值模糊子 集為[負大(ΝΒ)，負中（ΝΜ)，負小(NS)，零(0)，正小(PS)，正中（ΡΜ)，正大(ΡΒ)]。8. 根據權利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述模糊輸入量的語言值模糊子 集的隸屬函數為簡單的正態(tài)函數，函數類型采用高斯型。9. 根據權利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述好氧反應池的氧含量的給定 值為l〇mg/L，所述好氧反應池的氧含量的偏差范圍為[-10% ,10%]，所述好氧反應池的氧 含量的偏差變化率范圍為[-3%，3% ]。10. -種滲濾液好氧反應池曝氣系統模糊控制系統，其特征在于，所述模糊控制系統包 括： 輸入模塊，用于接收檢測裝置發(fā)送的檢測輸入量，并計算所述檢測輸入量與給定值之 間的偏差以及所述偏差的變化率以作為模糊控制的輸入變量； 處理模塊，用于將所述輸入變量模糊化為模糊輸入量，基于所述模糊輸入量進行模糊 推理和決策以得到模糊輸出量，并將所述模糊輸出量解模糊化為控制輸出量； 輸出模塊，用于將所述控制輸出量輸出至風量分配控制器以控制曝氣機的風機風量， 其中，所述檢測輸入量包括好氧反應池的氧含量，與所述好氧反應池的氧含量相對應 的控制輸出量為曝氣機總風量給定數據。
【文檔編號】C02F3/02GK105923743SQ201610454842
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】朱亮, 蔡曙光, 陳濤, 黃明生, 胡建民, 邵哲如, 王健生, 張二威, 錢中華, 洪益州, 曹偉, 楊應永, 高秀榮
【申請人】光大環(huán)保技術研究院（深圳）有限公司