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第一章 仿真1

第一节 过程建模2

一、模型分类2

二、简单系统建模2

例1-1 液槽储水量模型3

例1-2 带溢流堰液槽液位模型4

例1-3 调节池水质模型4

例1-4 曝气池溶解氧浓度模型5

例1-5 污泥耗氧速率模型6

例1-6 污泥生长及氨氮消耗模型6

例1-7 异养菌好氧生长与有机碳消耗模型7

三、复杂系统建模10

例1-8 活性污泥反应池数学模型11

例1-9 厌氧消化过程数学模型29

例1-10 二沉池一维浓度分布模型40

例1-11 沉淀池二维流场模型44

第二节 计算方法56

一、四阶龙格-库塔法57

例1-12 利用四阶龙格-库塔法计算连续反应物质浓度变化59

二、有限差分法59

例1-13 矩形二沉池流体流速及固体浓度稳态分布71

三、MATLAB/Simulink应用75

例1-14 利用Simulink编制基于ASM1活性污泥过程数学模型75

例1-15 利用Simulink编制倒置AAO流程基于ASM2D的仿真程序84

四、FLUENT应用93

例1-16 平流式二沉池流态分析94

第三节 模型校正108

一、数据校核109

例1-17 利用OUR法测定污水易降解有机碳浓度109

例1-18 利用守恒计算校核数据110

二、参数校正112

例1-19 倒置AAO流程模型参数灵敏度分析115

三、规范化校正120

例1-20 BioMath校正流程120

第四节 模型应用121

例1-21 UniTank工艺流程专用仿真平台122

例1-22 A/O流程自动控制通用仿真平台126

第二章 过程控制137

第一节 基本概念138

一、系统组成138

二、基本要求139

例2-1 溶解氧浓度控制器正反作用的选择140

第二节 PID控制规律141

一、比例控制141

二、积分控制143

三、微分控制145

四、离散PID控制147

例2-2 溶解氧浓度PI控制149

第三节 自动化仪表152

一、控制器152

二、执行器155

三、检测变送器161

四、设计符号176

例2-3 初沉池和污泥泵的过程控制180

例2-4 流量分配的过程控制182

例2-5 深冷制氧的过程控制184

例2-6 废弃污泥的过程控制184

例2-7 药剂投放的过程控制186

第四节 可编程逻辑控制器（PLC）188

一、PLC的基本概念188

二、开关量控制193

例2-8 曝气池单元的PLC控制193

例2-9 进水泵房单元的PLC控制194

三、模拟量控制197

例2-10 环境温度PLC控制209

四、编程方法211

例2-11 SBR程序PLC控制214

第三章 动态分析228

第一节 输入-输出模型228

一、输入-输出模型的建立228

例3-1 搅拌槽加热器输入-输出模型229

例3-2 混合过程的输入-输出模型230

二、非线性系统的线性化233

例3-3 污水储槽液位模型线性化234

例3-4 连续搅拌反应釜模型线性化236

第二节 状态方程模型237

例3-5 串联水槽的状态方程模型238

例3-6 活性污泥法曝气池状态方程241

第三节 传递函数243

一、拉普拉斯变换243

二、传递函数246

例3-7 连续搅拌反应釜的传递矩阵及其零点和极点247

例3-8 串联水槽的传递函数249

三、拉普拉斯反变换249

四、数学模型间的转换252

例3-9 在MATLAB环境下实现模型之间的转换253

第四节 过程动态分析257

一、定性分析257

二、定量分析259

例3-10 储槽液位模型分析260

例3-11 两个串联相互无影响的质量容量264

例3-12 两个串联相互有影响的质量容量265

第五节 反馈控制过程动态响应267

一、闭环动态响应267

例3-13 求储槽加热器温度反馈控制系统的闭环响应268

二、比例控制对过程动态的作用270

三、积分控制对过程动态的作用272

四、微分控制对过程动态的作用273

第四章 复杂控制274

第一节 串级控制274

一、结构与原理274

二、串级控制系统的设计与应用276

例4-1 污水温度串级控制277

例4-2 物料浸取过程温度串级控制278

例4-3 石灰石浆液密度串级控制278

例4-4 精馏塔温度串级控制279

例4-5 溶解氧DO浓度和鼓风机风量串级控制280

例4-6 废水焚烧炉温度串级控制281

第二节 比值控制283

一、结构与原理283

例4-7 氨氧化过程变比值控制286

二、比值控制系统的设计与应用287

例4-8 自来水消毒装置的水氯比值控制287

例4-9 硫黄回收装置的燃料气／酸性气／空气比值控制288

第三节 均匀控制290

一、结构与原理290

二、均匀控制系统的设计与应用293

例4-10 串联曝气池液位-流量串级均匀控制294

第四节 分程控制297

一、结构与原理297

二、分程控制系统的设计与应用299

例4-11 蒸汽减压分程控制299

例4-12 工业废水pH分程控制302

例4-13 洁净室温湿度分程控制302

第五节 选择性控制304

一、结构与原理304

例4-14 两个反应器负荷平衡选择性控制系统305

例4-15 有机溶剂回收选择性控制系统307

例4-16 蒸汽锅炉的燃烧控制308

二、选择性控制系统的设计与应用309

例4-17 锅炉压力保护选择性控制309

例4-18 产量自动调整选择性控制310

例4-19 节水系统选择性控制311

例4-20 焚烧炉双交叉燃烧控制312

第六节 前馈控制313

一、结构与原理314

二、前馈控制系统的设计与应用317

例4-21 锅炉汽包液位前馈控制317

例4-22 蒸发过程前馈-反馈控制318

例4-23 连续消毒塔温度前馈-反馈控制318

例4-24 原油废水处理装置废水浓度前馈-串级反馈控制320

例4-25 前置反硝化的碳源投加前馈-反馈控制321

第七节 非线性控制324

一、结构与原理325

二、非线性控制系统的设计与应用326

例4-26 pH的非线性控制326

例4-27 澄清池、清水池液位非线性控制327

第五章 人工智能329

第一节 神经网络329

一、基本概念330

二、训练方法334

例5-1 活性污泥处理过程曝气池曝气量控制神经网络分类模型339

例5-2 活性污泥过程动态过程神经网络拟合模型340

例5-3 废纸造纸废水处理过程神经网络建模343

例5-4 污水处理过程的递阶神经网络建模346

三、神经网络控制350

例5-5 一体化氧化沟溶解氧浓度神经网络自适应控制353

四、MATLAB神经网络工具箱应用354

例5-6 简化ASM1的神经网络模拟355

例5-7 液槽混合浓度神经网络模型预测控制360

第二节 模糊控制366

一、模糊集合理论367

二、模糊控制设计方法381

例5-8 污泥脱水模糊控制系统设计385

例5-9 曝气池曝气流量模糊控制389

三、MATLAB模糊控制工具箱应用392

例5-10 污泥回流模糊控制设计392

第三节 专家系统397

一、基本概念397

二、知识库构建400

例5-11 活性污泥过程故障诊断专家系统知识库403

三、专家系统编制406

例5-12 利用MS Visual Basic 5.0和Access 2000编制专家系统软件406

四、专家系统控制412

例5-13 污水处理过程pH专家控制系统417

主要参考文献426