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污水处理溶解氧预测与系统节能优化控制研究

污水处理溶解氧预测与系统节能优化控制研究

作者：许瑞伟天津工业大学

学位级别：硕士

污水处理过程中溶解氧浓度是反映整个污水处理系统运行状况的重要参数,但溶解氧浓度的实时精准检测与控制的实现难度大,致使污水处理效率低下;同时污水处理过程机理复杂、能耗高且日常污水处理量大,所以污水处理的节能降耗尤为重要。因... 详细信息

污水处理过程中溶解氧浓度是反映整个污水处理系统运行状况的重要参数,但溶解氧浓度的实时精准检测与控制的实现难度大,致使污水处理效率低下;同时污水处理过程机理复杂、能耗高且日常污水处理量大,所以污水处理的节能降耗尤为重要。因此论文以西安某污水处理厂项目为依托,对溶解氧浓度的实时精准预测展开研究,同时采用智能优化策略,降低污水处理的能耗。针对反应过程中溶解氧浓度检测精度不高且实时性不强的问题,论文以相关进水水质参数为特征变量,利用长短时神经网络(LSTM)建立关于溶解氧的多输入单输出预测模型。通过分析水质数据内部的时序特性,利用时序分解方法(STL)对水质参数进行分解,分别建立三组预测模型,并利用改进果蝇算法(IFOA)对LSTM的关键参数寻优,然后对三组预测模型的预测结果进行拟合,建立STL-IFOA-LSTM混合预测模型实现对溶解氧浓度的实时精准预测。仿真结果表明,与其他传统预测模型相比,混合模型具有更高的预测精度与预测速度。为解决传统污水处理厂能耗过高的问题,论文根据水质与能耗两个目标互相矛盾的原则,建立水质和能耗为目标、溶解氧浓度与硝态氮浓度为决策变量的双目标优化问题,对其进行动态寻优,通过改变溶解氧设定值与硝态氮设定值来调节曝气系统与回流系统的运行,以此来优化系统能耗。同时,针对基于分解的多目标优化算法(MOEA/D)收敛速度慢寻优效果差的缺点,采用动态改变惩罚因子θ及建立混合算子池的策略对MOEA/D算法进行改进。利用BSM1模型进行仿真验证,在晴天工况的情况下,与传统恒定值控制策略相比,既保证了出水水质达标,又降低了系统运行的能耗。最后,论文针对实际系统的需要进行污水处理控制系统开发。在完成系统整体设计方案后,实现对系统硬件选型、网络组态、程序编写以及上位机监控系统设计。为实现对溶解氧浓度的实时精准预测与控制,以及降低污水处理的能耗,利用OPC技术实现MATLAB与Win CC之间的数据通讯,实现溶解氧浓度预测算法与能耗优化算法的实际应用。现场运行结果显示,改进的预测算法可提高预测溶解氧浓度精度,优化策略不仅提高出水水质,同时有效降低了运行能耗。

关键词：污水处理过程溶解氧预测长短时神经网络系统优化节能控制基于分解的多目标进化算法

R^(5)中具有平行Fubini-Pick形式的Calabi超曲面的分类

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数学物理学报（A辑） 2022年第2期42卷 321-337页

作者：许瑞伟雷淼鑫河南师范大学数学与信息科学学院河南新乡453007

Fubini-Pick形式关于Blaschke-Berwald度量(或中心仿射度量)平行的局部强凸等仿射(或中心仿射)超曲面分类问题,在过去十年内已被完全解决.文献[20]对Fubini-Pick形式关于Calabi度量平行的2,3维Calabi超曲面进行了分类,该文将其推广到4... 详细信息

Fubini-Pick形式关于Blaschke-Berwald度量(或中心仿射度量)平行的局部强凸等仿射(或中心仿射)超曲面分类问题,在过去十年内已被完全解决.文献[20]对Fubini-Pick形式关于Calabi度量平行的2,3维Calabi超曲面进行了分类,该文将其推广到4维的情形.

关键词：平行Fubini-Pick形式 Calabi几何 Graph浸入 Tchebychev仿射Kähler超曲面仿射极值超曲面

基于改进果蝇算法的LSTM在水质预测中的应用

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长江科学院院报 2023年第8期40卷 57-63页

作者：郭利进许瑞伟天津工业大学控制科学与工程学院天津300387 天津市电气装备智能控制重点实验室天津300387

水质环境的实时变化和内部耦合导致难以实现水质高效准确的预测。为挖掘水质时间序列中的更多信息,同时提高预测模型的精度,提出一种溶解氧组合预测模型。首先将水质数据去耦合,进行时间序列分解,然后将分解后趋势分量、周期分量和余项... 详细信息

水质环境的实时变化和内部耦合导致难以实现水质高效准确的预测。为挖掘水质时间序列中的更多信息,同时提高预测模型的精度,提出一种溶解氧组合预测模型。首先将水质数据去耦合,进行时间序列分解,然后将分解后趋势分量、周期分量和余项分量输入到长短时神经网络模型(LSTM)中进行预测,再针对LSTM网络初始化参数对预测性能的影响提出基于高斯函数的果蝇算法进行优化,最后将各分量的预测值重构为溶解氧浓度的预测值。以海河某3个河流断面的水质数据进行仿真检验,结果表明混合模型对3个站点溶解氧浓度预测效果好,误差小,泛化性强。

关键词：水质预测时间序列分解果蝇算法长短时神经网络溶解氧

MI-PSO-RBF算法在稻谷存储品质预测的应用研究

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中国粮油学报 2023年第8期38卷 21-26页

作者：郭利进惠培奇许瑞伟天津工业大学控制科学与工程学院天津300387

粮食存储安全是关系粮食安全的重要因素,稻谷作为我国主要粮食作物其存储安全尤为重要。针对稻谷存储质量检测不方便等缺点,利用径向基神经网络(RBF)根据粮食实际存储的环境因素构建稻谷脂肪酸含量的预测模型。首先为避免数据维度过大... 详细信息

粮食存储安全是关系粮食安全的重要因素,稻谷作为我国主要粮食作物其存储安全尤为重要。针对稻谷存储质量检测不方便等缺点,利用径向基神经网络(RBF)根据粮食实际存储的环境因素构建稻谷脂肪酸含量的预测模型。首先为避免数据维度过大使模型精度降低,利用互信息法则(MI)进行环境变量的特征提取,选取温度、湿度等6种影响较大的环境因素;然后根据RBF神经网络参数难以确定的缺点,采用改进的粒子群算法(PSO)进行寻优;同时改变粒子群的学习因子和权重系数的确定方式,使PSO算法在前期全局全面搜索并在后期易于跳出局部最优。通过实际数据进行模型验证,与传统RBF模型和PSO-RBF模型相比,构建的存储环境-存储品质DPSO-RBF预测模型精度提高。

关键词：径向基神经网络粒子群算法互信息法则稻谷储存品质预测模型

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基于IFA-SVM的粮食霉变预测研究

中国粮油学报 2022年第11期37卷 27-31页

作者：郭利进许瑞伟李博仑天津工业大学大学控制科学与工程学院天津300387

霉变的发生会导致粮食品质下降甚至粮食浪费,是影响粮食安全储藏的重要因素之一。粮食霉变过程是一个持续过程,在不同发展阶段有着不同的发展规律。本文提出一种基于萤火虫算法优化支持向量机参数(IFA-SVM)的预测分类模型,引入高斯函数... 详细信息

霉变的发生会导致粮食品质下降甚至粮食浪费,是影响粮食安全储藏的重要因素之一。粮食霉变过程是一个持续过程,在不同发展阶段有着不同的发展规律。本文提出一种基于萤火虫算法优化支持向量机参数(IFA-SVM)的预测分类模型,引入高斯函数非线性改变萤火虫算法的步长,将稻谷作为研究对象,判断稻谷在给定的温度、水分、储藏时间条件下是否发生霉变。选择实验室生化培养箱对实际存储环境进行模拟,结果显示,相比传统的SVM模型、BP神经网络模型和FA-SVM模型,IFA-SVM模型对稻谷霉变情况的预测准确率可达96%且迭代时间降低,在实际粮食存储霉变预测领域有良好的应用前景。

关键词：霉变预测萤火虫算法支持向量机粮食储藏

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完备α度量的相对抛物型仿射球(英文)

数学进展 2013年第1期42卷 106-114页

作者：许瑞伟李兴校河南师范大学数学与信息科学学院新乡河南453007

摘要:设y:M→R^(n+1)是一个光滑连通流形到实仿射空间R^(n+1)的局部强凸浸入超曲面,而且是一个定义在区域Ω(?)R^n上的严格凸函数x_(n+1)=f(x_1,x_2,…,x_n)的图.在α相对法化下,相对抛物型仿射球满足一个四阶非线性偏微分方程组.本文... 详细信息

摘要:设y:M→R^(n+1)是一个光滑连通流形到实仿射空间R^(n+1)的局部强凸浸入超曲面,而且是一个定义在区域Ω(?)R^n上的严格凸函数x_(n+1)=f(x_1,x_2,…,x_n)的图.在α相对法化下,相对抛物型仿射球满足一个四阶非线性偏微分方程组.本文证明了这类抛物型仿射球的一个新的Bernstein性质.

关键词：相对仿射几何抛物型仿射球 Bernstein性质

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中心仿射超曲面的一类变分问题(英文)

四川大学学报（自然科学版） 2009年第3期46卷 548-552页

作者：陈刚许瑞伟四川大学数学学院成都610064 河南师范大学数学与信息科学学院新乡453007

作者研究了中心仿射超曲面的一类保持体积不变的变分问题以及它的Euler-La-grange方程,这是一个非线性的四阶PDE,通过研究边界问题可以构造很多欧氏完备的解。

关键词：中心仿射超曲面欧氏完备

CFRP-PVC管内置螺旋筋混凝土柱抗震性能试验研究

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土木工程学报 2024年第1期57卷 34-44页

作者：许瑞天陈宗平广西大学土木建筑工程学院广西南宁530004 南宁学院广西南宁530200 广西大学工程防灾与结构安全教育部重点试验室广西南宁530004

聚氯乙烯(PVC耐腐蚀)、碳纤维(CFRP轻质高强)和螺旋筋(强塑性)进行组合可以使材料特性充分互补从而为混凝土提供约束,有效改善钢筋混凝土的力学性能。为研究CFRP-PVC管内置螺旋筋混凝土柱的抗震性能,以螺旋筋直径、螺旋筋间距和剪跨比... 详细信息

聚氯乙烯(PVC耐腐蚀)、碳纤维(CFRP轻质高强)和螺旋筋(强塑性)进行组合可以使材料特性充分互补从而为混凝土提供约束,有效改善钢筋混凝土的力学性能。为研究CFRP-PVC管内置螺旋筋混凝土柱的抗震性能,以螺旋筋直径、螺旋筋间距和剪跨比为变化参数,完成9个试件的低周反复加载试验。结果表明:绝大部分试件发生了CFRP-PVC复合管断裂的压弯破坏,螺旋筋在达到极限荷载后在受压区提供明显约束作用,从而提高抗震性能;所有试件破坏延性在2.76~4.35之间,极限层间位移角均大于1/30,满足规范要求;螺旋箍筋直径的减小、螺旋筋间距的增加和剪跨比的增大均使试件的抗剪承载力和延性降低,但对刚度退化影响不大。基于ABAQUS软件建立的精细有限元模型能较准确地预测CFRP-PVC螺旋筋复合约束混凝土柱在恒定轴力和反复水平力下的承载力和内部混凝土开裂行为,参数分析表明:轴压比、混凝土强度显著影响试件的承载力和变形能力,纵筋强度和直径对试件承载力和屈服后的刚度影响较大,并提出混凝土强度与轴压比限值的匹配关系。所提出的压弯承载力计算方法在较低轴压比和使用普通强度等级混凝土时具有良好的适用性。

关键词： CFRP-PVC组合管螺旋筋抗震性能有限元分析承载力计算

关于一类四阶偏微分方程解的一个Bernstein性质(英文)

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四川大学学报（自然科学版） 2010年第3期47卷 420-424页

作者：蒋研许瑞伟四川大学数学学院成都610064

设x:M→A^(n+1)是由定义在凸域Ω(?)A^n上的某局部严格凸函数x_(n+1)=f(x_1,…,x_n)给出的超曲面.记ρ(x)=det(((?)~2f)/((?)x_i(?)x_j)(x)))^(-1/(n+2)).假设(M,g)是一完备的Hessian流形且具有非负的李奇曲率,作者证明了如果ρ满足△_(... 详细信息

关键词： K(a|¨)hler仿射流形 Bernstein性质