随着工业的进步和人民生活水平的提高,人们对供水的质量与安全可靠性的要求也不断提高。自来水作为一种不可取代的特殊商品,每人每天都需要它,它的质量好坏直接关系到人们的身体健康,同时,城市的建设发展也离不开它。因此,研究开发更有效实用的凝絮加药过程的控制策略,使沉淀池的出水浊度达到工艺要求,对于保证水厂的安全生产,减少事故的发生,具有良好的经济效益和社会效益。 本课题的研究对象沙口水厂的混凝投药过程是一个复杂的物理化学反应过程,是一个具有大时滞,变时滞,大惯性,多干扰的难控过程。因此,要对这个过程实现高性能的自动控制就首先要解决大时滞过程的控制的问题。 为此,本文对大时滞系统常用控制方案进行简要总结,并在前人研究的基础上进行了控制算法的改进,分别采用了M步预测控制、基于M步预测的改进PID控制、基于M步预测的单神经元自适应控制等控制方法进行了研究,主要研究工作和成果如下： 1、针对M步预测控制理论建模所需数据少、计算步骤简单、计算量小、对随机的非线性扰动有自适应能力等特点,M步预测控制对控制系统的输出进行预测,有效的克服了投药过程大惯性以及大时滞对系统的不良影响。将M步预测控制与PID控制进行结合,得到了一种基于M步预测的控制系统,并通过仿真研究证实了该算法对大时滞过程控制的有效性。 2、由于水厂投药过程具有大惯性和大时滞特性,于是积分在开始偏差很大的阶段会产生非常强的积分作用,致使控制系统的输出容易产生很大的超调。由于水厂投药过程有很多的干扰,而微分在较大偏差产生的瞬间,输出的控制量很大,容易造成溢出,因此抗干扰能力较差。为了解决这些矛盾,本文提出了一种新型改进的PID算法,充分发挥了积分和微分的作用,并将其与前面研究的M步预测控制相结合,得到一种基于M步预测的改进PID控制系统。实验仿真证明,这种基于M步预测的改进PID控制通过对系统的输出引入预测,对超调有较强的抑制作用,有效的提高了系统的响应速度和控制品质。 3、通过对混凝投药过程的分析,借助单神经元自适应控制的研究成果,提出了一种改进的增益自调整的神经元控制方法,另外,从提高控制系统响应速度、抑制超调的角度出发,对于单神经元自适应控制系统引入前面提出的M步预测控制,并通过仿真研究证明了此控制系统具有良好的自适应性和鲁棒性,可有效控制大时滞、变时滞的水厂混凝投药过程。