DSP在污水处理溶解氧控制方面的应用
溶氧分析仪在工业污水处理中的应用
溶氧分析仪在工业污水处理中的应用摘要工业污水中溶氧量的多少关系到厌氧微生物及其他生物的活动，溶氧量的增强会促进非厌氧微生物的活动，可以除去挥发性物质及易被氧化的离子，从而除去污水中的有害离子成分，净化工业污水。
本文主要是了解溶氧分析仪在工业污水处理中的应用。
关键词溶氧分析仪；工业污水；应用污水中氧的含量影响到活化泥浆的方法处理污水，通过溶氧分析仪可以找到最适合的净化污水的方法。
1 工业污水处理的方法生物处理法，顾名思义就是依靠微生物的代谢活动来净化污水中有毒有害物质的方法。
其原理是：利用活性污泥或者生物膜上的微生物，通过这些微生物的自身代谢活动，将工业废水中的有毒有害的有机物等物质作为代谢的能源物质，最终转化为无毒无害的CO2和水，从而达到净化工业废水的目的。
生物处理法主要分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法，其分类标准是根据参与降解的微生物的种类不同分类的。
1.1 应用好氧生物进行废水处理的方法好氧生物处理法是指以好氧微生物为主要参与者，在有充分的游离氧的环境中，有机污染物被好氧微生物降解，从而使污染物变为无毒无害物质的方法。
好氧微生物以有机污染物作为主要能源物质，通过好氧代谢将有机污染物降解。
好氧生物处理法的应用范围比较广泛，排出的废弃生活用水，含有有机废物的工业用水是其主要处理的对象。
比如，处理印染所产生的废水，经好氧生物法处理后可以使COD（化学需氧量）、BOD（生化需氧量）、SS（固体悬浮物）、NH3-N、色度的去除率分别达到93.6%、93.9%、90.4%%、68.0%、87.5%。
通过这种成熟高效的处理方法，这种方法的技术成熟，运行效果良好，并能使工业废水稳定的达标排放。
1.2 应用厌氧生物进行废水处理的方法厌氧生物处理法是指在缺少氧气的情况下，水中游离氧的含量极低甚至没有游离氧的存在，这时候需要厌氧微生物通过代谢活动来降解有机污染物的方法。
在实际应用中，甲醇废水通过两相分段厌氧法处理，在最优的条件下COD的去除率可以达到92.3%。
探析污水处理曝气系统溶解氧的控制
《资源节约与环保》2020年第1期探析污水处理曝气系统溶解氧的控制施启峰（南京诚志清洁能源有限公司江苏南京210047）引言污水处理中的活性污泥法是一种污水生化处理方法,曝气系统是极其重要的控制部分,主要是向污水处理的好氧池中通入氧气,曝气量直接影响污水中溶解氧的浓度,本文重点探讨污水处理曝气系统中的曝气量,合理控制污水中的溶解氧(DO )浓度,提升污水处理效果。
1污水处理工艺及曝气系统概述污水处理工艺主要采用一级、二级、三级处理方式,一级处理是采用物理处理方法,有效去除约60%的悬浮固体。
二级处理是采用生化处理方法,去除溶解于污水中的胶状固体及溶解性物质。
三级处理是采用生物除磷脱氮法和离子交换技术,去除污水中残留的难降解有机类、无机类污染物质。
本文主要探讨A/O 工艺,即缺氧-好氧工艺,相关工艺参数主要有:污泥龄、污泥质量浓度、溶解氧、酸碱度、污水水体温度、水力停留时间等。
曝气系统是鼓风机房向曝气池中鼓入空气的过程,旨在为好氧池提供硝化反应所需的氧气,使氧气充分溶于水体中,保持适宜的曝气量。
本文主要采用鼓风曝气方式,通过变频技术调节鼓风机,将鼓风机传输的压缩空气经由曝气管道送入曝气池中的空气扩散设备,使压缩空气被粉碎成气泡,使氧气溶于曝气池的混合液中,产生生化反应,通常采用单回路控制结构,并基于单回路的基础上引入流量控制回路,形成曝气系统串级控制结构,实现对溶解氧浓度的控制。
2曝气系统溶解氧控制的内模PID 策略2.1内模控制原理内模控制是在控制系统中引入内部模型,将系统反馈量由输出全反馈转变为扰动估计量的反馈,通过内模控制滤波器抑制干扰或模型失配引发的输出偏差,具有对偶稳定性、理想控制器特性和零稳态偏差特性,体现良好的设定值响应功能、抗干扰性和鲁棒性能。
2.2内模PID 控制器的设计内模PID 控制器采用零极点相消法进行设计,先分解内部过程模型,涵盖内部过程模型所有的时滞部分和右半平面的零点,考虑到内模控制器存在处于右半平面的不稳定极点,为此要在设计中引入低通滤波器,选取适宜的滤波器参变量,有效抑制高频噪声,确保整个闭环系统的稳定性。
废水处理中溶解氧的分析与优化研究
废水处理中溶解氧的分析与优化研究随着工农业的发展，各地的水源也遭受到了越来越严重的污染。
废水是其中最严重的一种形式，因为废水中含有大量的有机物和无机物，它们可以严重破坏水体的生态平衡和水质，对人体健康也产生了威胁。
因此，如何治理废水，使其达到国家规定的水质标准，成为了当务之急。
废水处理中的溶解氧含量是一个重要的指标，因为它可以反映出水体中生物氧化的能力和活性污泥的代谢能力，对水体有机污染物的去除有着至关重要的作用。
在本文中，我们将探讨废水处理中溶解氧的分析与优化研究，以期为废水处理的工程实践提供一定的参考。
一、废水中溶解氧的来源废水中的溶解氧主要来自两个方面：自然界和人工加氧。
自然界：空气中的氧气可以通过自然界的运作进入水体中，在水体与空气的交界处，氧气与水体中的水分子发生作用，进入水体中。
在流动水中，水体与空气交界的面积较大，所以溶解氧会比静态水体中的溶解氧更多；人工加氧：废水处理过程中，为提高生物池中微生物的生长速度和能力，促进废水中的污染物被分解降解，一般会进行人工加氧。
人工加氧可以使用多种方式进行，如使用机械通气设备、进行气升式曝气和表面曝气等方式。
二、废水处理中溶解氧的分析在废水处理过程中，对溶解氧的监测和分析可以帮助我们了解微生物代谢状态、水体中的有机污染物的降解情况等，从而为工程实践提供有价值的指导意义。
溶解氧的测量可以使用多种方法，下面简单介绍一下主要的几种方法。
电解法：电解法是一种经典的测量方法，它使用电器将废水中的溶解氧分解成氢气和氧气，然后通过电极对氧气进行测量，计算出溶解氧含量。
这种方法广泛应用于实验室和工业生产中，但需要专业技术人员进行操作。
化学分析法：化学分析法是一种常见的溶解氧测量方法，它通过化学反应测量废水中溶解氧的含量。
这种方法具有反应速度较快、操作简单等特点，但准确度相对较低。
传感器法：传感器法是一种使用传感器对废水进行实时监测的方法，它可以实现自动监测、数据传输和处理等功能。
水处理中的溶解氧(DO)控制策略
水处理中的溶解氧(Do)控制策略目录1.概述 (1)2.溶解氧的定义及理解 (1)3.溶解氧(Do)控制的过高，有什么危害？ (2)4.溶解氧的控制依据及优化 (3)4.1,原水水质 (3)4.2.活性污泥浓度 (5)4.3.污泥沉降比 (6)4.4. PH值 (8)4.5.温度 (10)4.6.食微比(F/M) (10)1.概述溶解氧①的概念可以理解为水中游离氧的含量，用Do表示，单位mg/1。
溶解氧在实际的污水、废水处理操作中具有举足轻重的作用，这一指标的恶化或者波动过大，往往会导致活性污泥系统的稳定性大幅波动，自然对处理效率的影响也非常明显。
2.溶解氧的定义及理解溶解在水中的空气中的分子态氧称为溶解氧，水中的溶解氧的含量与空气中氧的分压、水的温度都有密切关系。
在自然情况下，空气中的含氧量变动不大，故水温是主要的因素，水温愈低，水中溶解氧的含量愈高。
溶解于水中的分子态氧称为溶解氧，通常记作D0,用每升水里氧气的毫克数表示。
水中溶解氧的多少是衡量水体自净能力的一个指标。
应该说，理论上来讲，当曝气池各点监测到的Do值略大于0(如0.01mg∕1)时，可以理解为充氧正好满足活性污泥中微生物对溶解氧的要求。
①Disso1vedOxygen但是事实上，我们还是没有简单的将溶解氧控制在大于O的水平，而是应用教科书中的做法，把DO控制在1〜3mg∕1的范围内。
究其原因还是因为，整个曝气池而言，溶解氧的分布和各曝气池区域内的溶解氧需求是不一样的。
为了保守的稳定活性污泥在分解有机物或自身代谢过程中对溶解氧的需求，才将DO控制在1〜3mg∕1°但是，实际操作和书面上固定僵化的Do理论值往往是不同的，不能只是依照书面上理论值，还要充分结合实际情况！从实际情况看，发现在实际运行中，很多情况下将溶解氧控制在1〜3mg∕1是没有必耍的，特别是控制超过3mg∕1更是亳无意义，唯一的结果只是导致电能的浪费和出水中含有细小悬浮颗粒。
臭氧在污水处理中的应用
臭氧在污水处理中的应用臭氧是一种具有强氧化性的气体，广泛应用于污水处理过程中。
它可以有效地去除污水中的有机物、氨氮、重金属和微生物等污染物，提高水质，保护环境。
以下是臭氧在污水处理中的应用的详细介绍：1. 污水预处理阶段：在污水处理的初级阶段，臭氧可以用于去除污水中的悬浮物和悬浮颗粒。
臭氧气泡可以通过气浮作用将悬浮物浮出水面，从而实现初步的固液分离。
此外，臭氧还可以氧化污水中的油脂和有机物，提高后续处理过程的效果。
2. 生物处理阶段：臭氧可以作为一种强氧化剂，用于提高生物处理系统中的氧供应。
在生物滤池或者活性污泥法中，臭氧可以增加水中的溶解氧浓度，促进好氧菌的活性，提高有机物的降解效率。
此外，臭氧还可以抑制厌氧菌的生长，减少污泥产生量。
3. 水质提升阶段：臭氧可以用于提高污水处理后的水质。
通过臭氧氧化，可以有效地去除污水中的氨氮、硫化物和硝酸盐等有害物质。
臭氧氧化还可以分解有机物，降低水中的化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD），提高水体的透明度和清澈度。
4. 微生物灭活：臭氧具有强烈的杀菌作用，可以用于灭活污水中的微生物。
通过臭氧消毒，可以有效地杀灭细菌、病毒和寄生虫等病原体，保障处理后的水质安全。
臭氧消毒不会产生有害的副产物，对环境友好。
5. 水回用：臭氧氧化可以将污水中的有机物和污染物转化为无害的物质，使水质达到可回用标准。
臭氧氧化还可以降解药物和有机化合物等难降解物质，提高水质的可再利用性。
臭氧处理后的水可以用于农业灌溉、工业冷却等领域，实现水资源的循环利用。
总结：臭氧在污水处理中具有广泛的应用前景。
它可以用于污水预处理、生物处理、水质提升、微生物灭活和水回用等多个阶段，能够有效去除污水中的有机物、氨氮、重金属和微生物等污染物，提高水质，保护环境。
臭氧处理具有高效、安全、环保的特点，是一种理想的污水处理技术。
臭氧在污水处理中的应用
臭氧在污水处理中的应用臭氧（O3）是一种强氧化剂，具有强烈的氧化性和杀菌作用。
因此，臭氧在污水处理中被广泛应用。
它可以有效地去除有机物、重金属、臭味和微生物等污染物，提高水质，保护环境。
一、臭氧的生成和应用方式臭氧可以通过电晕放电、紫外线照射和冷等离子体等方式生成。
其中，电晕放电是最常用的方法。
臭氧生成设备通常由臭氧发生器、电源和冷却系统组成。
在污水处理中，臭氧可以通过以下方式应用：1. 直接注入：将臭氧气体直接注入污水中，通过氧化和杀菌作用去除污染物。
2. 溶解臭氧：将臭氧气体溶解在水中，形成臭氧溶液，再将溶液加入污水中进行处理。
3. 微泡臭氧：将臭氧气体与水混合，形成弱小的臭氧气泡，通过与污水接触去除污染物。
二、臭氧在污水处理中的应用效果1. 去除有机物：臭氧能够氧化有机物，将其分解为无害的物质。
通过臭氧处理后，污水中的有机物浓度大大降低，水质得到改善。
2. 去除重金属：臭氧可以氧化重金属离子，将其转化为不溶于水的氧化物沉淀，从而去除污水中的重金属污染物。
3. 杀灭微生物：臭氧具有强烈的杀菌作用，能够有效地杀灭污水中的细菌、病毒和寄生虫等微生物，减少水源感染的风险。
4. 去除臭味：臭氧能够氧化产生臭味的物质，从而消除污水的异味，改善环境。
三、臭氧在污水处理中的应用案例1. 市政污水处理厂：臭氧被广泛应用于市政污水处理厂中，通过氧化有机物、去除重金属和杀灭微生物等作用，提高出水水质，达到排放标准。
2. 工业废水处理：许多工业生产过程中产生大量废水，其中含有有机物和重金属等污染物。
臭氧可以有效地处理这些废水，降低对环境的影响。
3. 农村污水处理：农村地区的污水处理设施相对简单，臭氧技术可以快速、高效地处理农村污水，改善农田灌溉水质。
4. 水产养殖池塘：水产养殖过程中，水质污染是一个常见问题。
臭氧可以在水产养殖池塘中应用，去除有机物和微生物，保持水质清洁，提高养殖效益。
四、臭氧在污水处理中的优势和注意事项1. 优势：- 高效：臭氧具有较强的氧化能力，能够快速去除污染物。
PID控制系统在废水处理中的应用
PID控制系统在废水处理中的应用PID控制系统是一种常用的自动控制系统，其在废水处理领域具有广泛的应用。
本文将从PID控制系统的基本原理、在废水处理中的应用案例以及优点与局限性等方面进行探讨。
一、PID控制系统的基本原理PID控制系统是由比例、积分和微分三个环节组成的调节器。
其基本原理是根据被控量与设定值之间的差异，通过改变输出控制量来使差异最小化。
具体而言，比例环节根据实际差异进行比例放大，积分环节根据差异的累积积分调整，微分环节根据差异的变化率进行微分调节。
二、PID控制系统在废水处理中的应用案例1. pH值调节在废水处理中，pH值的调节对于处理效果至关重要。
传统的手动调节方式不仅耗时费力，而且易受人为因素的影响。
而PID控制系统通过实时监测废水的pH值，并根据设定值进行自动调节，准确且高效地控制废水的酸碱度。
2. 溶解氧浓度调节溶解氧浓度是衡量废水处理过程中氧化还原反应进行程度的重要参数。
PID控制系统可以通过实时监测溶解氧浓度，并根据设定值自动控制氧气供应量，从而保证废水处理过程中氧化反应的高效进行。
3. 氨氮浓度控制氨氮是废水中常见的一种污染物，其浓度过高可能导致水体富营养化等问题。
PID控制系统可以通过实时监测废水中的氨氮浓度，并根据设定值自动调节氨氮的去除工艺，确保废水中氨氮的浓度控制在合理范围内。
三、PID控制系统的优点1. 稳定性强PID控制系统采用闭环控制方式，通过不断的反馈调节，可以使系统始终保持在稳定状态，提高废水处理的稳定性。
2. 自动化程度高PID控制系统可以根据设定值自动调节控制量，无需人工干预，大大提高了废水处理的自动化程度。
3. 可调节性好PID控制系统的比例、积分和微分参数可以根据实际情况进行调整，以适应废水处理过程中的不同要求。
四、PID控制系统的局限性1. 参数调整困难PID控制系统的参数调整需要凭借经验和实验，且在废水处理的实际应用中，不同的废水处理工艺往往需要不同的参数调整方式，因此存在一定的困难性。
工艺仿真在污水处理厂溶解氧控制中的应用
智能控制技术今 日 自 动 化8 ｜ 2021.9 今日自动化
Intelligent control technologyAutomation Today2021年第9期2021 No.9综上所述，随着我国科学技术的不断向前发展，人们日常生活和生产方式上也发生了巨大的转变，人类文明从此也迈入了一个全新的发展阶段。人工智能技术作为一种新型的技术形式，在电气自动化控制工作领域当中发挥出的作用和优势非常明显，全面改变以往的电气控制工作方法，真正实现现代工业不断朝着智能化，自动化控制方向发展，有效降低人力和物力资源的投入量，因此必须要对人工智能技术进行更深层次的研究和应用，为整个社会的快速发展打下良好的基础。参考文献[1] 张健.计算机与人工智能技术在矿山电气自动化控制中的应用[J].当代化工研究，2020（23）：77-78.[2] 张梦丽.矿山电气自动化控制系统设计中人工智能技术的应用[J].世界有色金属，2020（22）：21-22.
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1 概述活性污泥法是目前应用最为广泛的城市污水处理工艺，其核心单元曝气池的溶解氧浓度（DO）是活性污泥法脱氮除磷工艺的关键参数之一。如果DO不足，好氧微生物（硝化菌）得不到充足的氧，影响生物活性及代谢，直接影响氨氮的去除效果；而
溶解氧传感器在污水处理中起到了很好的溶解氧监测作用
溶解氧传感器在污水处理中起到了很好的溶解氧监测
作用
目前污水、工业废水多采用好氧微生物处理，好氧微生物必须在有氧条件下才能分解成二氧化碳、水、硝酸盐。
在活性污泥法处理工业废水中，通常采用测定溶解氧（溶于处理水中的游离氧）的含量来调节微生物的呼吸、代谢状态，从而加快净化进程。
然而，一般工业废水溶解氧含量低，往往要借助各种曝气装置冲气来满足微生物供氧。
溶解氧影响微生物代谢、繁殖，因此，控制溶解氧含量可以加速有机物的氧化分解进程，活性污泥法处理工业废水在曝气区内一般溶解氧控制在（2~4）mg/L，溶解氧过高或过低都会影响微生物的代谢、降低水处理效果。
溶解氧过高（大于4mg/L）会加速消耗污水中的有机物质，使微生物因缺乏营养而引起活性污泥的老化，降低活性污泥的絮凝性能及吸附能力，溶解氧含量过低（小于1.5mg/L）会使微生物的生命活动受到抑制，导致微生物衰亡、解体、变质，从而影响微生物的呼吸作用及活性污泥的净化能力，出现污泥上浮，腐化膨胀。
因此，在工业废水处理中，对溶解氧的监控非常重要，其中适用于污水处理的溶解氧传感器，该传感器寿命长、标定简单、可靠性好、几乎不受CO2等酸性气体影响，是污水处理控制净化进程的好帮手。
臭氧在污水处理中的应用
臭氧在污水处理中的应用臭氧（O3）是一种强氧化剂，具有强烈的杀菌、消毒和氧化性能。
由于其在水处理领域中的广泛应用，臭氧在污水处理中也被广泛研究和应用。
臭氧在污水处理中的应用主要包括以下几个方面：1. 氧化有机物：臭氧可以有效地氧化有机物，包括有机酸、有机溶剂和有机染料等。
臭氧的氧化反应速度快，可以迅速降解有机物，提高水质。
2. 杀灭微生物：臭氧对细菌、病毒和寄生虫等微生物具有很强的杀灭作用。
在污水处理过程中，臭氧可以有效地杀灭污水中的病原微生物，减少水源的污染风险。
3. 去除异味：臭氧具有强烈的氧化性能，可以迅速氧化污水中的有机物质，减少异味的产生。
通过臭氧处理，可以有效地去除污水中的臭味，改善环境。
4. 去除颜色：臭氧可以氧化有机染料，使其分解为无色或低色度的物质，从而减少污水的颜色。
这对于染料工业废水的处理非常重要。
5. 提高污水处理效果：臭氧可以提高污水处理的效果，使得污水中的悬浮物、COD（化学需氧量）和BOD（生化需氧量）等污染物得到有效去除。
臭氧氧化还可以降解难降解的有机物，提高污水处理的彻底性。
6. 降解有机毒性物质：臭氧可以降解污水中的有机毒性物质，如苯、酚、氯化物和氰化物等。
这些有机毒性物质对环境和人体健康有害，臭氧处理可以有效地降低其浓度。
7. 消除水中重金属：臭氧可以氧化水中的重金属离子，使其转化为难溶于水的氧化物或沉淀物，从而实现重金属的去除。
这对于含有重金属的废水处理非常重要。
综上所述，臭氧在污水处理中的应用具有广泛的优势和潜力。
通过臭氧处理，可以提高污水处理的效果，改善水质，降低环境污染风险。
随着科学技术的不断发展，臭氧在污水处理中的应用将会得到进一步的推广和应用。
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当前随着水资源的不断减少，水质污染日益严重，人类生存受到严重威胁。污水处理与再循环利用已成为解决该危机的有效手段之一。目前，国内外城市污水处理厂处理工艺大都采用一级处理和二级处理。一级处理是采用物理方法，主要通过格栅拦截、沉淀等手段去除废水中大块悬浮物和砂粒等物质。二级处理则是采用生化方法，主要通过微生物的生命运动等手段来去除废水中的悬浮性，溶解性有机物以及氮、磷等营养盐。连续循环曝气系统（ContinuousCycleAera-tionSystem，CCAS）工艺，它是现阶段在污水处理工艺中一种较先进的处理工艺，是一种连续进水式SBR曝气系统，其生物处理核心是CCAS反应池，除磷、脱氮、降解有机物及悬浮物等功能均在该池内完成；它要求反应池分别工作于好氧、缺氧、厌氧3种不同的时段，使污水在“好氧-缺氧”的反复中完成去碳、脱氮，并在“好氧-厌氧”的反复中完成除磷。由于其曝气设备一般为罗茨风机和鼓风机，这样也就使风机根据好氧、缺氧、厌氧3种不同时段溶解氧DO浓度的需要，起起停停，造成风机频繁的起动停车，致使设备运行费用高；同时，由于CCAS反应池存在纯滞后特征，易使系统控制产生振荡，致使反应池内溶解氧DO浓度忽高忽低，严重影响了出水的质量。采用TMS320LF2812型DSP作为主控芯片，充分利用它所具有的实时运算能力，丰富电机控制外围电路和接口资源，对罗茨风机电机实行转子磁场定向矢量的变频控制，使电机能根据溶解氧DO的需要工作于不同的转速，确保溶解氧DO的浓度恒定；同时，在系统中引入Smith预估控制，从而保证出水水质的要求。
1污水处理中溶解氧DO的控制原理
污水处理中溶解氧DO的大小是由鼓风机的鼓风量的大小决定的，而鼓风量的大小与风机叶片旋转的快慢有关，这样就可以根据反应池中的溶解氧DO的需要控制风机的转速，通过建立溶解氧DO环、速度环和电流环组成三闭环的系统模式，实现对溶解氧DO的恒定控制。速度环和电流环作为内环主要用于对风机电机的转速和电流进行控制，以适应溶解氧DO环的需要，风机电机一般
DSP在污水处理溶解氧控制方面的应用李军生，欧卫斌，李为民（宝鸡文理学院电气系，陕西宝鸡721007）
摘要：针对连续循环曝气系统（CCAS）污水处理中溶解氧浓度控制存在的实时性差、溶解氧浓度波动范围偏大、运行费用较高等问题，建立溶解氧DO环、速度环和电流环组成三闭环的系统模式，达到对溶解氧的稳定控制。以TMS320LF2812作为主控芯片，通过对风机施以FOC的矢量变频调速控制以控制风机的鼓风量；同时对溶解氧施以
Smith预估补偿控制，消除对溶解氧控制的滞后，提高系统的鲁棒性。在不同阶段溶解氧参数稳定效果好，出水水质指
标明显提高。系统具有良好的动态性能，系统硬件电路简单经济、性价比高，有较高的实用价值。关键词：连续循环曝气系统（CCAS）；溶解氧；Smith预估器；磁场定向控制（FOC）；矢量变频调速中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1674－6236（2010）08-0045-03ApplicationofDSPinOxyenconcentrationcontrolforsewagetreatment
LIJun-sheng，OUWei-bin，LIWei-min（DepartmentofElectronic&Electrical，BaojiUniversityofArtandSciences，Baoji721007，China）
Abstract:Directingatthedefectsofdissolvedoxygen（DO）controlincontinuouscycleaerationsystem（CCAS）processsuchaspoorreal-timeliness，wideDOvariationrange，highoperatingcost，andsoon，a3-loopmodesystemwasestablished，whichincludedDOloop，speedloop，andcurrentloop，toaccomplishstableDOcontrol.ATMS320LF2812wasusedasthecore.ThesystemaccomplishedaFOCvectorinverterspeedadjustmentinfanflowcontrol，andaSmithpredictorcontroleliminatedtheDOcontrollag，enhancedtherobustness.TheDOparameteriscontrolledasdesiredintheprocess，theoutflowwaterqualitywasimprovedsignificantly.Thesystemfeaturesfavorabledynamicperformance，simple，
economichighperformance-priceratio，andhighpracticalutility.Keywords:ContinuousCycleAerationSystem（CCAS）；DO；Smithpredictor；FOC；vectorinverter
收稿日期：2010-03-10稿件编号：201003039基金项目：宝鸡文理学院重点项目（ZK08134）；宝鸡文理学院项目（YK0917）作者简介：李军生（1963—），男，陕西宝鸡人，副教授。研究方向：电力电子及传动智能控制。
电子设计工程ElectronicDesignEngineering第18卷Vol.18第8期No.82010年8月Aug.2010
－45－《电子设计工程》2010年第8期
采用三相交流异步电动机，在此采用转子磁链定向的矢量变频控制[1]，其控制原理如图1所示。只要保持is与d轴垂直，电机的转矩方程为：Td=pmΨrisq=pmΨris式中，pm为转子磁极对数，Ψr为转子磁场在定子上的耦合磁链，isd、isq为定子电流矢量is在d、q轴的分量；通过控制isq来控制转矩，实现对电机转速的变频控制。溶解氧DO环作为外环主要完成对CCAS反应池内的溶解氧DO的大小进行无静差控制，由于CCAS反应池属于大滞后惯性环节，为提高系统的动态性能，为此引入改进的Smith预估控制环节，其原理图如图2所示[2]。图中G1（S）为主控制器PI的传递函数，G2（S）为辅助控制器PD的传递函数，G（S）为控制对象不含滞后环节的传递函数，从图中可以看出：它是在经典的Smith预估器的基础上，经等效变换后获得的，改进后的Smith预估控制器可以等效为：先通过Smith预估器将原有的控制对象经PD控制器的反馈修正后，再用PI控制器对等效对象进行控制。由于等效对象中增加了一个开环零点，使得系统的截止频率增大，从而可在由PI控制器进行控制时，得到较快的响应；同时，PD控制器可使等效对象的闭环极点分布在合适的位置，从而得到更好的控制性能。根据转速环的等效传递函数[3]和CCAS反应池的惯性特征，令G（S）=K/（T1S+1）（T2S+1），T1≥T2，G1（S）=Ki（TiS+1）/TiS，G2（S）=Kd（TdS+1），则Smith预估控制器所需的参数为：Ti=Td=T1，Ki=T1T2ωn2/K，Kd=（1.41T2ωn-1）/K，ωn=5.66/TS。经过以上的考虑及设计，就组成了带Smith预估控制器的三环系统结构，系统工作时，首先，通过氧浓度传感器将DO转化为电信号，然后经过运放及运放调节电路转换成0~5V的电压信号与DO给定相比较，经PI运算输出速度给定信号nref，然后与检测到转子速度的微分信号相比较，经PI运算输出控制转矩的电流分量isqref，电流分量给定信号与经过坐标变换的
电机实际电流分量比较，通过电流调节器的PI运算，其输出量经Park逆变换，得到Vsαref、Vsβref，空间SVPWM
模块根据这
2个信号计算PWM的占空比，生成PWM波，驱动逆变器，产生
可变频率和幅值的三相正弦电流输入电机定子，驱动电机以一定的转速运行，对污水进行鼓风加氧，调节溶解氧DO的大小，从而达到控制反应池内溶解氧DO大小的目的，控制出水水质。
2系统的硬件电路与功能[4]
该系统主要由主电路、DSP控制电路、检测反馈与保护电路来组成，其系统组成的原理框图[5]如图3所示。主电路由整流器、IPM逆变器、电机组成，IPM采用三菱公司智能功率模块PM20CSJ060，其内部有高速低损耗IGBT共6只，组成三相全
桥逆变电路，并且内部集成有驱动电路，过电压、过电流、过热及欠电压等故障保护电路，当故障时IPM发出信号，通过TMS320F2812的外部中断PDPINT封锁DSP输出PWM脉冲，从
而保护IPM免受损坏[6]。为避免电机制动时产生过高的泵生电
压，设有能耗制动时的能量泄放控制。
控制电路主要由上位机、TMS320F2812、输入/输出接口电路等组成，TMS320F2812采用高性能的静态CMOS技术，主频达150MHz（时钟周期6.67ns），提高了系统实时控制的能力，片内128K×16位的Flash，128K×16位ROM，18K×16位的SARAM，1K×16位一次可编成的存储器OTP。12位A/D转换器
达16个，PWM输出通道达12个，使控制系统的价格大大降低而且体积缩小，可靠性提高。电机相电流检测是通过电流型霍尔传感器和电阻采样后转换为电压信号，再经AC-DC变换为0～3V的电压信号接入DSP的A/D通道1引脚。系统采用的光电编码器为每周2500脉冲，有20针的标准接口，提供6路脉冲信号。脉冲经QEP电路4倍频，用来计算转子位置和转速。CCAS反应池内溶解氧DO的检测由插入污水中的COS4型溶解氧传感器完成，经COM252型溶氧变送器将其转换为0～5V的电压信号接入DSP的A/D通道2引脚，用来反映实际的溶解氧DO大小。
图1三相交流异步电动机FOC控制结构框图Fig.1Structureof3-phaseACasynchronousmotorFOCcontrol
图2改进的Smith预估控制器简化框图Fig.2SimplifieddiagramofimprovedSmithpredictorcontrol
图3系统的硬件电路框图Fig.3Schematicdiagramofsystemhardwale
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