一种渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方法及系统，所述方法包括：接收检测装置发送的检测输入量，并计算检测输入量与给定值之间的偏差以及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；将输入变量模糊化为模糊输入量，基于模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量，并将模糊输出量解模糊化为控制输出量；将控制输出量输出至风量分配控制器以控制曝气机的风机风量，其中，检测输入量包括好氧反应池的氧含量，与之相对应的控制输出量为曝气机总风量给定数据。根据本发明，采用模糊控制策略通过对曝气机风机风量的控制实现对好氧反应池氧含量的自动控制，解决渗滤液处理好氧反应中曝气量的PID自动控制不能满足生产需求的问题。
【专利说明】
一种渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及渗滤液处理领域，具体而言涉及一种渗滤液好氧反应池曝气系统模糊 控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前，我国城市生活垃圾的处理主要采用填埋技术或焚烧技术，无论在填埋或焚 烧处理过程中都会产生垃圾渗滤液。垃圾渗滤液中CODCr浓度约6000-70000mg/L，NH3-N浓 度约1000-2500mg/L，同时含有大量溶解性固体(钠 、钙、氯化物、硫酸盐等），是一种水质水 量变化大、微生物营养元素比例失调、成分极其复杂、污染物浓度高的有机废水，并伴有极 重的腐败臭味，如不妥善处理，会对周围的水体和土壤造成严重污染，对周边人民群众的身 体健康产生严重威胁。
[0003] 目前垃圾渗滤液处理方式有生物处理、物化处理和膜处理三种方式，三种方式一 般会组合应用，以保证出水达标排放。生物处理用于去除可降解有机物和低浓度的氨氮，一 般包括厌氧生物处理和好氧生物处理。其中，在实际的渗滤液好氧生物处理中，曝气机的能 耗超过渗滤液处理整个系统能耗的15%，如果能够显著的减少曝气风机的运行功耗，对于 全厂的节能具有显著的意义。
[0004] 在实践中，通常使用PID(比例（proportion)、积分（integration)、微分 (differentiation))控制方式自动调节曝气机的曝气量，最终使溶氧值快速稳定的趋于设 定值附近。由于生化反应系统的复杂性，有时需要对PID参数进行重新整定，加大曝气风机 控制参数的波动，不利于系统的稳定运行。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的不足，本发明提供一种渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方 法，包括：
[0006] 接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以 及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；
[0007] 将所述输入变量模糊化为模糊输入量，基于所述模糊输入量进行模糊推理和决策 以得到模糊输出量，并将所述模糊输出量解模糊化为控制输出量；
[0008] 将所述控制输出量输出至风量分配控制器以控制曝气机的风机风量，
[0009] 其中，所述检测输入量包括好氧反应池的氧含量，与所述好氧反应池的氧含量相 对应的控制输出量为曝气机总风量给定数据。
[0010] 在一个示例中，所述将所述输入变量模糊化为模糊输入量包括将所述输入变量映 射变换到离散的输入论域。
[0011] 在一个示例中，所述输入变量按照下式进行量化：
[0012]
[0013] 其中，x表示所述输入变量，Y表示量化后的输入变量，a表示所述输入变量的下限， b表示所述输入变量的上限，η表示量化等级。
[0014] 在一个示例中，所述解模糊化按照下式进行：
[0015] F =-X (/) - i/ j + a 2 X /7
[0016] 其中，X表示所述模糊输出量，Y表示所述控制输出量，a表示所述模糊输出量的下 限，b表示所述模糊输出量的上限，η表示量化等级。
[0017] 在一个不例中，所述输入变量对应的输入论域设置为4,所述模糊输出量对应的输 出论域设置为6。
[0018] 在一个示例中，所述模糊输入量的语言值模糊子集为[负大（NB)，负小（NS)，零 (0)，正小(PS)，正大(PB)]。
[0019] 在一个示例中，所述模糊输出量的语言值模糊子集为[负大(NB)，负中（匪），负小 (NS)，零(0)，正小(PS)，正中（PM)，正大(PB)]。
[0020] 在一个示例中，所述模糊输入量的语言值模糊子集的隶属函数为简单的正态函 数，函数类型采用高斯型。
[0021] 在一个示例中，所述好氧反应池的氧含量的给定值为10mg/L，所述好氧反应池的 氧含量的偏差范围为[-10%，10%]，所述好氧反应池的氧含量的偏差变化率范围为[-3%， 3%]〇
[0022] 本发明还提供一种渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制系统，包括：
[0023] 输入模块，用于接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定 值之间的偏差以及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量；
[0024] 处理模块，用于将所述输入变量模糊化为模糊输入量，基于所述模糊输入量进行 模糊推理和决策以得到模糊输出量，并将所述模糊输出量解模糊化为控制输出量；
[0025] 输出模块，用于将所述控制输出量输出至风量分配控制器以控制曝气机的风机风 量，
[0026] 其中，所述检测输入量包括好氧反应池的氧含量，与所述好氧反应池的氧含量相 对应的控制输出量为曝气机总风量给定数据。
[0027] 根据本发明，采用模糊控制策略通过对曝气机风机风量的控制实现对好氧反应池 氧含量的自动控制，能够解决渗滤液处理好氧反应中曝气量的PID自动控制不能满足生产 需求的问题，使系统运行的更加稳定，同时解决了曝气风机控制参数波动太大的问题，减少 了曝气量，并稳定了好氧反应池的氧含量。
【附图说明】
[0028] 本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发 明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
[0029] 附图中：
[0030] 图1示出了根据本发明实施例的渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方法的流程 图；
[0031] 图2示出了根据本发明实施例的渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方法应用于 示例性场景时的信号数据流图；
[0032] 图3示出了根据本发明实施例的渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制系统的结构 框图。
【具体实施方式】
[0033] 在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然 而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以 实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进 行描述。
[0034] 为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的方法步骤和/或结构。显然， 本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本发明的较佳实施例详细 描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0035] 应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的 实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给 本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终 相同附图标记表示相同的元件。
[0036] 应当理解的是，当在本说明书中使用术语"包含"和/或"包括"时，其指明存在所述 特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、 步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。单数形式的"一"、"一个"和"所述/该"也意图包括 复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。
[0037]在实际的渗滤液好氧生物处理中，曝气机的能耗超过渗滤液处理整个系统能耗的 15%，如果能够显著的减少曝气风机的运行功耗，对于全厂的节能具有显著的意义。在实践 中，通常使用PID控制方式自动调节曝气机的曝气量，最终使溶氧值快速稳定的趋于设定值 附近。由于生化反应系统的复杂性，有时需要对PID参数进行重新整定，加大曝气风机控制 参数的波动，不利于系统的稳定运行。
[0038]为了解决上述问题，本发明提出一种渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方法， 模糊控制器通过氧量给定及实际的氧量，计算出实际需要的总风量，风量控制器再进行分 配每个风机的给定风量，每个风机的风量PID控制器控制风机的流量，由此实现好氧反应池 氧含量的稳定，同时减少曝气机的运行功耗。
[0039] 图1示出了根据本发明实施例的渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方法的流程 图。如图1所示，渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方法包括如下步骤：
[0040] 步骤101:接收检测装置发送的检测输入量，并计算检测输入量与给定值之间的偏 差以及该偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量。
[0041] 其中，可以基于对垃圾焚烧的具体参数的控制需求来设置所需检测的输入参数及 相对应的检测装置。例如，在本发明的一个示例中，需要对好氧反应池的氧含量进行控制， 那么可以设置相应的传感器来检测好氧反应池的氧含量。
[0042] 在计算检测输入量与给定值之间的偏差(或称为误差)E以及该偏差的变化率(或 称为误差变换率)DE时，可以将所检测到的好氧反应池的氧含量的实际值(也称为过程值） 与其对应的给定值相比较得到偏差信号，并对偏差信号进行微分以得到偏差的变化率。模 糊控制可以以上述偏差和偏差变化率作为输入变量。
[0043] 步骤102:将输入变量模糊化为模糊输入量，基于模糊输入量进行模糊推理和决策 以得到模糊输出量，并将模糊输出量解模糊化为控制输出量。
[0044] 具体地，可以将输入变量映射变换到离散的输入论域上，以得到模糊输入量。继续 上面的示例，设好氧反应池的氧含量的给定值为l〇mg/L，好氧反应池的氧含量的偏差范围 为[-10% ,10%]，好氧反应池的氧含量的偏差变化率范围为[-3 %，3 % ]。
[0045] 在本发明的一个示例中，输入变量可以按照式(1-1)进行量化：
[0046]
( 1-1 )
[0047] 其中，在式（1-1)中，X表示输入变量，Y表示量化后的输入变量，a表示输入变量的 下限，b表示输入变量的上限，η表示量化等级。
[0048] 由于对好氧反应池的氧含量的控制精度要求不高，在一个示例中，对于输入变量 论域设置为4,变量语言值的模糊子集可以为[呢，吧，0，？5，？8]，就可以满足要求。在一个示 例中，对于输出变量，为了防止系统震荡，输出变量论域设置为6,变量语言值的模糊子集可 以为[呢，匪，吧，0，？3，？1，？8]，其中，呢表示负大，匪表示负中，吧表示负小，0表示零，？3表 示正小，PM表示正中，PB表示正大。对于输入变量的隶属函数采用较为简单的正态函数，函 数类型采用高斯型
其中，PB的隶属函数为的隶属函数为 玫'''!1?:，〇的隶属函数为孩'^論?，匪的隶属函数为 ,NB的隶属函数为。
[0049] 根据本发明的一个实施例，模糊策略库的设计可以为如下：
[0050] 如果偏差为正大，则输出为负大；
[0051 ]如果偏差为正小，则输出为负大；
[0052]如果偏差为零并且偏差变化率为正大，则输出为零；
[0053]如果偏差为零并且偏差变化率为负大，则输出为零；
[0054] 如果偏差为负大，则输出为正大；
[0055] ……
[0056] 根据模糊语言值的隶属函数以及模糊策略库，可以得到模糊关系；基于模糊输入 量和模糊关系，可以得到模糊输出量;模糊输出量经过解模糊化可以得到最终的控制输出 量。
[0057]在本发明的一个示例中，对模糊输出量的解模糊化可以按照式(1-2)进行：
[0058]
(丨-2)
[0059]其中，在式（1-2)中，X表不模糊输出量，Y表不控制输出量，a表不模糊输出量的下 限，b表示模糊输出量的上限，η表示量化等级。
[0060] 步骤103:将控制输出量输出至风量分配控制器以控制曝气机的风机风量。继续上 面的示例，当检测输入量为好氧反应池的氧含量时，对应的控制输出量为曝气机总风量给 定数据。
[0061] 该曝气机总风量给定数据被发送至风量分配控制器，通过风量分配控制器输出每 个曝气机的风机风量至对应的风量PID控制器，进而调节控制好氧反应池的氧含量。图2示 出了根据本发明实施例的自动燃烧模糊控制方法应用于上述示例时的信号数据流图，可以 结合图2来理解上述方法的原理及过程。
[0062] 根据本发明另一方面，还提供一种渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制系统，图3 示出了根据本发明实施例的渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制系统300的结构框图。如 图3所示，渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制系统300包括输入模块301、处理模块302和 输出模块303。
[0063] 其中，输入模块301用于接收检测装置发送的检测输入量，并计算检测输入量与给 定值之间的偏差以及偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量。处理模块302用于将输入 变量模糊化为模糊输入量，基于模糊输入量进行模糊推理和决策以得到模糊输出量，并将 模糊输出量解模糊化为控制输出量。输出模块303用于将控制输出量输出至风量分配控制 器以控制曝气机的风机风量。其中，检测输入量包括好氧反应池的氧含量，与好氧反应池的 氧含量相对应的控制输出量为曝气机总风量给定数据，可以参考结合图1描述的实施例理 解每个模块操作的具体过程，此处不再赘述。
[0064] 本发明实施例的各个模块可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行 的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用 微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的渗滤液好氧反应池曝气系 统模糊控制系统中的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执 行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机 程序产品）。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或 者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在存储载体上提供，或 者以任何其他形式提供。
[0065] 上述渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方法及系统采用模糊控制策略通过对 曝气机风机风量的控制实现对好氧反应池氧含量的自动控制，能够解决渗滤液处理好氧反 应中曝气量的PID自动控制不能满足生产需求的问题，使系统运行的更加稳定，同时解决了 曝气风机控制参数波动太大的问题，减少了曝气量，并稳定了好氧反应池的氧含量。
[0066] 本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于 举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人 员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的 变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由 附属的权利要求书及其等效范围所界定。
【主权项】
1. 一种渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制方法，其特征在于，所述模糊控制方法包 括： 接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之间的偏差以及所 述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量； 将所述输入变量模糊化为模糊输入量，基于所述模糊输入量进行模糊推理和决策以得 到模糊输出量，并将所述模糊输出量解模糊化为控制输出量； 将所述控制输出量输出至风量分配控制器以控制曝气机的风机风量， 其中，所述检测输入量包括好氧反应池的氧含量，与所述好氧反应池的氧含量相对应 的控制输出量为曝气机总风量给定数据。2. 根据权利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述将所述输入变量模糊化为模 糊输入量包括将所述输入变量映射变换到尚散的输入论域。3. 根据权利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述输入变量按照下式进行量 化：其中，X表示所述输入变量，Y表示量化后的输入变量，a表示所述输入变量的下限，b表 示所述输入变量的上限，η表示量化等级。4. 根据权利要求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进行：其中，X表示所述模糊输出量，Υ表示所述控制输出量，a表示所述模糊输出量的下限，b 表示所述模糊输出量的上限，η表示量化等级。5. 根据权利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述输入变量对应的输入论域设 置为4，所述模糊输出量对应的输出论域设置为6。6. 根据权利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述模糊输入量的语言值模糊子 集为[负大(ΝΒ)，负小(NS)，零(0)，正小(PS)，正大(ΡΒ)]。7. 根据权利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述模糊输出量的语言值模糊子 集为[负大(ΝΒ)，负中（ΝΜ)，负小(NS)，零(0)，正小(PS)，正中（ΡΜ)，正大(ΡΒ)]。8. 根据权利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述模糊输入量的语言值模糊子 集的隶属函数为简单的正态函数，函数类型采用高斯型。9. 根据权利要求1所述的模糊控制方法，其特征在于，所述好氧反应池的氧含量的给定 值为l〇mg/L，所述好氧反应池的氧含量的偏差范围为[-10% ,10%]，所述好氧反应池的氧 含量的偏差变化率范围为[-3%，3% ]。10. -种渗滤液好氧反应池曝气系统模糊控制系统，其特征在于，所述模糊控制系统包 括： 输入模块，用于接收检测装置发送的检测输入量，并计算所述检测输入量与给定值之 间的偏差以及所述偏差的变化率以作为模糊控制的输入变量； 处理模块，用于将所述输入变量模糊化为模糊输入量，基于所述模糊输入量进行模糊 推理和决策以得到模糊输出量，并将所述模糊输出量解模糊化为控制输出量； 输出模块，用于将所述控制输出量输出至风量分配控制器以控制曝气机的风机风量， 其中，所述检测输入量包括好氧反应池的氧含量，与所述好氧反应池的氧含量相对应 的控制输出量为曝气机总风量给定数据。
【文档编号】C02F3/02GK105923743SQ201610454842
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月21日
【发明人】朱亮, 蔡曙光, 陈涛, 黄明生, 胡建民, 邵哲如, 王健生, 张二威, 钱中华, 洪益州, 曹伟, 杨应永, 高秀荣
【申请人】光大环保技术研究院（深圳）有限公司