MATLAB在污水处理中的运用.doc

MATLAB在污水处理中液位控制班级：07电气（2）班 姓名：朱长海 学号：070505243摘要：本文以污水处理液位控制为例提出的一种模糊控制方案。介绍了模糊控制器的设计过程并且利用MATLAB软件进行仿真，仿真研究表明传统的液位控制方法相比，模糊控制器可以有效的控制生产过程的变化和干扰并且具有良好的节能减排效果。关键词： MATLAB Simulink 模糊控制 液位控制 一：前言 如果被控制对象是个比较复杂的非线性、时变而且又有大的滞后的系统的话,往往很难获得精确的数学模型，而模糊控制是一种模仿人的智能的控制方法,它不依赖于对象的数学模型,而是通过对模糊信息的处理做出对复杂对象的控制。 现代控制系统中的模糊控制能方便地解决工业领域中常见的非线性、时变、大滞后、强耦合、变结构结束条件苛刻等复杂问题。模糊控制的方法则是模仿人的思维方式和人的检测经验 用电脑来代替人脑实施有效的控制 传统的控制理论依赖于被控系统的物理模型 而模糊控制则是依赖于被控系统的物理特性1。二：模糊控制器的设计模糊控制器主要由模糊化接口、知识库、模糊推理机、解模糊接口四部分组成。本文采用三角形，双输入单输出的模糊控制器运用MATLAB的Fuzzy仿真。图2-1：MATLAB 模糊控制器参数设置图2-1为MATLAB模糊控制器参数的设置，本系统为双输入单输出系统，输入模糊参数为液位变化量E和液位变化率EC两个模糊量，输出量为电机的转速频率U。根据试验或现场所得的经验数据 可以确定液位变化值偏差 E 的基本论域 先假设其为 R e = - e .+e。然后选定E 的量化论域为 X e =-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 +2 +3 +4 +5 +6，X ec=-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 +2 +3 +4 +5 +6图2-2：模糊控制器模糊规则设计界面图2-2为模糊控制器模糊规则设计界面，将模糊控制规则输入该界面，设计模糊控制器。在分析液位变化值与液位之间的关系的基础上 建立以模糊语言表示的模糊控制规则 根据在操作过程中可能遇到的各种情况 将相应的控制策略归纳为表模糊状态表 这是一组根据系统输出的偏差和偏差的变化趋势来消除偏差的模糊控制规则23。如果这一组规则用模糊条件语句描述的话如下 if E=PB and CE=PB then U=NBif E=PB and CE=PM then U=NBif E=PB and CE=PS then U=NBif E=PB and CE=ZO then U=NB 以此类推 共有 49 条控制规则图2-3：模糊控制器输出值界面 图2-3为模糊控制器输出值界面，通过E和EC组合得到输出值U的值，U的输出值如表2-1所示。运用模糊控制可以根据在线溶氧仪和污泥浓度仪的测量值经过模糊控制器的运算后即可以得到相应的频率，把频率传送到相应的电机实现变频控制，使液位达到要求，这样不仅可以实现节能更为重要根据液位情况提供最适合频率达到精确控制，从而保证了液位的稳定。ECE-6-5-4-3-2-10123456-647.947.347.347.347.347.347.34443.34036.733.330-547.547.547.547.547.544.244.240.94036.733.83027.1-447.947.547.947.547.944.243.34036.733.33026.723.3-347.542.242.242.242.240.94036.733.33026.723.320-247.942.243.343.343.34036.733.33026.723.32016.7-144.242.243.3404036.733.33026.726.723.32016.7043.343.343.34036.733.33026.723.323.323.32016.7143.3404036.733.33026.723.320202019.115.8243.34036.733.33026.723.32016.716.716.715.812.134036.733.33026.723.32019.115.815.815.815.812.5436.733.33026.723.32016.715.812.112.512.112.512.1533.33026.723.32019.115.815.812.512.512.512.512.563026.723.32016.715.812.112.512.112.512.112.512.1表2-1：模糊控制器的输出值（fZ）三：模糊控制器的仿真效果 普通的控制，液位的实时趋势图如3-1所示：图3-1：普通控制液位的MATLAB仿真 模糊控制液位的实时趋势曲线如图3-2所示：图3-2：模糊控制液位的MATLAB仿真 由图3-1和图3-2曲线可以看出，水箱水位可以较快的上升到设定高度，既具有较小的上升时间：水位第一次超过设定水位较小，即系统的最大动态误差较小。水位能够稳定在给定值附近，即系统的稳定误差较小，综上，从以上三方方面和实际的水位曲线分析，图3-2所示曲线可以得出采用模糊控制可以起到很好的控制效果，是一种比较理想的控制方案4。四：总结利用 MATLAB的Fuzzy和Simulink的仿真模块进行仿真，根据模糊控制器设计实现了污水处理厂的水位模糊控制系统，系统以灵活的模糊控制取代传统的固定时序控制，使液位的自动控制更适合污水反应进程的需要。既避免了电机频繁启动造成的电机损耗和浪费，又是污水处理厂的液位保持在合理的水位。 模糊控制的模型的易操作性，Simulink所建立的模型 ， 与工艺流程图相似 ，因此很容易理解和对其进行操作。相比之下，纯粹的程序语言就很难懂，特别是对于没有编程经验的环境学者，更是难以理解。在进行动态仿真的时候，Simulink的优势将会更加明显。五：参考文献1: 李莲秀 高湘 基与MATLAB的CASS反应模型研究市政技术 2