混合多模型曝气生物滤池污水处理软测量建模研究

发布时间：2017-04-06 16:14

  本文关键词：混合多模型曝气生物滤池污水处理软测量建模研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：污水处理过程具有强非线性、时滞、大惯性等特点。污水处理控制系统持续稳定的运行是确保水质的关键,但系统控制所需的一些水质参数检测设备价格昂贵且在线检测实时性差,因此软测量研究在污水处理中很有实际意义。本论文的研究基于与某知名环保科技公司联合承担的安徽省科技攻关重大项目。文章基于最小二乘支持向量机(LS-SVM)方法对污水处理过程的关键水质参数预测进行研究,建立了曝气生物滤池(BAF)污水处理出水COD(化学需氧量)浓度软测量预测模型。出水COD浓度参数的预测为出水水质是否达标提供了提前预判依据。研究内容主要包括:首先,文章选择多项式核、RBF核和Sigmoid核组成混合核函数,并提出用单核LS-SVM建模均方误差确定组合核函数系数,建立了基于改进混合核函数LSSVM的出水COD软测量预测模型;其次,运用改进核模糊C聚类算法对采集的现场数据进行分类划分、子类建模再融合输出,建立了基于改进聚类算法的多模型混合核LS-SVM出水COD预测模型;然后,应用多模型方法对推导的BAF污水处理简化机理模型出水COD预测偏差进行误差补偿,建立结合BAF机理的出水COD混合多模型预测模型;最后对本文的研究内容进行总结,指出不足之处,并提出展望。仿真对比结果表明,以上改进的预测模型确实提升了预测精度。本课题的贡献在于:提出一种混合核函数系数的确定方式,改进聚类有效性函数,建立了基于改进聚类算法的多模型组合核LS-SVM出水COD预测模型,并提出一种结合推导的BAF机理模型的混合多模型出水COD浓度预测方法,实现了对出水COD更准确的预测。
【关键词】：支持向量机 混合核函数 核模糊C聚类 机理模型 混合多模型
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;X832
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 污水处理背景和软测量研究的意义9-10
• 1.2 软测量技术概述10-11
• 1.3 软测量技术建模方法11-16
• 1.3.1 机理建模11-12
• 1.3.2 数据建模12-14
• 1.3.3 混合建模14-15
• 1.3.4 多模型融合建模15-16
• 1.4 污水处理过程建模研究现状16-17
• 1.5 论文的主要研究内容及安排17-19
• 第二章 曝气生物滤池污水处理工艺介绍及数据的采集和预处理19-28
• 2.1 污水处理概念简介19-20
• 2.2 污水处理工艺20-25
• 2.2.1 曝气生物滤池20-21
• 2.2.2 曝气生物滤池类型21-22
• 2.2.3 曝气生物滤池处理流程22-24
• 2.2.4 曝气生物滤池工艺的影响因素24-25
• 2.3 数据的采集和预处理25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 基于改进多核最小二乘支持向量机的污水处理建模28-48
• 3.1 统计学习理论基本概念28-30
• 3.1.1 VC维28-29
• 3.1.2 泛化能力的界29
• 3.1.3 结构风险最小化29-30
• 3.2 支持向量机30-34
• 3.2.1 支持向量机原理30-31
• 3.2.2 回归支持向量机31-34
• 3.3 最小二乘支持向量机(LS-SVM)34-35
• 3.4 核函数35-39
• 3.4.1 常用核函数35-36
• 3.4.2 改进多核核函数36-39
• 3.5 基于改进混合核函数的出水COD预测建模有效性验证39-47
• 3.5.1 粒子群优化算法(PSO)39-41
• 3.5.2 改进核函数有效性验证41-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 基于改进聚类算法的多模型LS-SVM污水处理软测量建模48-58
• 4.1 模糊划分48-49
• 4.2 传统核模糊C聚类算法49-51
• 4.2.1 模糊聚类算法的原理49
• 4.2.2 核模糊C聚类算法49-51
• 4.2.3 传统聚类算法存在的问题51
• 4.3 改进的聚类算法51-55
• 4.3.1 聚类算法改进51-53
• 4.3.2 改进聚类算法仿真验证53-55
• 4.4 基于改进聚类算法的多模型LS-SVM出水COD建模仿真55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 基于混合机理多模型建模算法的出水COD建模仿真58-66
• 5.1 机理方程的推导58-63
• 5.1.1 有机物生化反应相关速率58-59
• 5.1.2 有机物生化反应动力学表达式59-62
• 5.1.3 简化机理模型仿真62-63
• 5.2 混合机理的多模型BAF工艺污水处理软测量模型的建立63-65
• 5.3 本章小结65-66
• 第六章 结论与展望66-68
• 6.1 论文总结66
• 6.2 论文的不足之处及展望66-68
• 参考文献68-73
• 图表清单73-75
• 在学研究成果75-76
• 致谢76-77
• 附录77-79

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本文编号：289207