污水處理過程PLC模糊控制器的設(shè)計與應(yīng)用

3 plc模糊控制器的優(yōu)化設(shè)計

　　3.1 應(yīng)用背景

　　實際上，工業(yè)污水中有機物的濃度隨時間而變化，若呆板地按照固定的時間來控制sbr污水處理系統(tǒng)的運行，既浪費能源又易發(fā)生污泥膨脹，而且若時間設(shè)置不當(dāng)還將影響處理效果。

　　近年來，由于模糊控制學(xué)科的迅速發(fā)展，已有大量將模糊邏輯控制技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)自動化、機器人控制以及智能儀表和家用電器領(lǐng)域的實例。模糊控制器是一種基于模糊控制規(guī)則的控制器，而這種模糊規(guī)則就是人們對實際受控制過程的歸納以及經(jīng)驗的總結(jié)。

　　目前，許多污水處理工廠在實際應(yīng)用中還不能實時檢測各種污水指標(biāo)，只是采用時間程序控制，所以影響了控制效果以及污水處理能力。然而由于市場上化學(xué)需氧量cod濃度在線檢測儀的出現(xiàn)，我們可以將cod濃度作為重要的工藝參數(shù)，組成基于plc的sbr污水處理模糊控制系統(tǒng)。

　　3.2 plc模糊控制器的優(yōu)點

　　由于sbr法污水處理系統(tǒng)本身是一個復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型難以精確確定?；瘜W(xué)需氧量cod是一個重要的參數(shù)，其在線檢測有一定的滯后?；趐lc的模糊控制方案不需要確定控制對象精確的數(shù)學(xué)模型，而是根據(jù)控制規(guī)則決定控制量的大小，這種方法可以使這個反應(yīng)過程的cod處于合適的范圍。這樣，系統(tǒng)就可以通過在線檢測cod的濃度值來調(diào)節(jié)曝氣量，以保證出水質(zhì)量，節(jié)省運行費用。

4 plc模糊控制器的設(shè)計

　　模糊控制器包括輸入量模糊化、模糊推理和解模糊三部分。e和ex分別為e和ex模糊化后的模糊量，u為模糊控制量，u為u解模糊化后的精確量。

　　曝氣裝置模糊控制器的輸入量為曝氣池中cod達(dá)標(biāo)值與測量值的誤差e及誤差變化率ex，輸出量為曝氣機曝氣增量u，其框圖如圖1所示?？刂破鞫〞r采樣cod值和cod值變化率，并與達(dá)標(biāo)值比較，以此得出cod值誤差e及誤差變化率ex，并以此作為plc控制器的輸入變量，這樣模糊控制器的輸出就可控制曝氣機閥門的開度了。

　　4.1 輸入模糊化

　　在模糊控制器設(shè)計中，設(shè)e的詞集為［nb，nm，ns，zo，ps，pm，pb］，論域為［-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6］；ex和u的詞集為［nb，ns，zo，ps，pb］，論域為［-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，+5，+6］；e（k）=cod（k）-cod0，cod（k）=e（k）-e（k-1），其中cod0表示達(dá)標(biāo)值。

　　先將e，ex和u模糊化，再根據(jù)cod值的控制經(jīng)驗可得變量e，ex和u的模糊量化表。由于篇幅所限，變量e，ex和u的賦值表予以省略。

　　4.2 模糊控制規(guī)則

　　通過總結(jié)污水處理過程中cod手動控制經(jīng)驗，得出模糊控制規(guī)則，如表2所示。

　　根據(jù)控制規(guī)則表，可得到35條模糊控制規(guī)則。舉例如下：

　　● 當(dāng)cod誤差和誤差變化均為負(fù)大時，cod值小于達(dá)標(biāo)值cod0，應(yīng)減少曝氣量，所以u取nb，曝氣機全關(guān)；即控制規(guī)則為if

　　e=nb and ex=nb then u=nb；

　　● 當(dāng)cod誤差是負(fù)大，誤差變化為正大時，曝氣機開度不變；即控制規(guī)則為if e=nb and ex=pb then u=zo。