模糊控制在污水处理脉冲电源控制的应用研究
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（． １ 江西电力超高压分公司 信 通中心 ， 江西 南 昌 ３０９ ；． ３０６２ 兰州理工大学 电信学 院， 甘肃 兰州 ７０５ ； ３００ ３ 华鲁恒升化工集 团有 限公 司 ， ． 山东 德州 ２１０ ） ５５０ 摘 要： 通过对脉冲 电源 电路的研究 ， 了流光放 电率 作为控 制系统 的量化指标 ； 采用 将流光放 电率用 于模糊控 制能
响应为 ：
１
为使反应器在流光放电模式下工作 ， 不仅需对 交直流控制电路参数进行反复调节 ， 流电源调节 直 参数为直流电压 ， 流电源调节参数为交流电压 幅 交 值和频率 ， 而且调节往往需要较长时间。通过对交 直流耦合电路 以及模糊控制理论 的分析 ， 采用 流光 放 电率作为可控量化指标对脉冲电源进行控制 。流 光放电率的大小能够表征反应器实现流光放电的程
负载 的反应 器等 组成 ， 合 电路 的原理 如 图 ｌ所示 。 耦
高 一 一一 一 、 卜一 —— 高
交流电源单独作用时 ， 反应器 电压输 出与交 流 电源电压输入的传递函数为 ： Ｇ （ ）＝Ｒ １１／ Ｒ ＣＬ ｓ ２ｓ ＣＬｓ ［ Ｃ １１ ＋ｃＬ ＋ １１ ｓ （ Ｃ １ Ｃ ＋ ＣＬ） ＋ ＋ ） ＋ ］ Ｒ Ｌ ＋ Ｒ １１ｓ （ １ ５ 尺
够达到对污水处理设备 进行 控制的 目的 ， 使交直 流耦合 电路 中的交 直流 电压在 反应器上实现 叠加 。仿 真及实验 结 果表 明， 该方案有效 、 可行 ， 具有 良好 的推广价值。
关键词 ： 交直流耦合 电路 ； 流光放 电率 ； 量化指标 ； 模糊控制
中图分类号 ：４ ３ １ ｏ １．
流光放电理论发现后 ， 人们开始 了将该理论用 于污水 处理领 域 的研究 。流光 放 电是放 电的一 种形
式， 但放 电转换 为 流光放 电需要 两个 条件 才 能实现 ：
１ Ｈ ； Ｏ一 Ｌ２： １× １ ～ Ｈ 。 ０
１１ 低 、 ． 高频 交直流 电压在反应 器上 的叠加
பைடு நூலகம்
１１１ 交流 电源在低频 时 ， ． ． 交直流 电压在反 应 器上
第 ２ 卷 第２ 期 ７ Ｏ
２１ 年 １ ０ １ ０月
甘肃科技
Ｇａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｕ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ
２７
Ⅳ０ ２０ ．
Ｏｃ． ２ ｔ ０１１
模糊 控 制在 污 水处 理 脉 冲 电源控 制 的应 用研 究
熊兆平 陈雪亮 ， ， 赵金 山
（） ４
度， 并且通过控制可使交直流耦合 电路 中的交直 电
压加载于反应器上 ， 满足反应器流光放 电的基本条
件。
电压幅值为 ２ １ 、 ０× ０Ｖ 频率厂为 １０ ｚ ０ Ｈ 的交 流
电源与 １０ ０ Ｖ的直流电源在反应器上叠加的波形如
图 ２所示 。
１１２ 交流电源在 高频时， ．． 交直流电压在反应 器上
６ ８
甘
肃
科
技
第２ ７卷
呈非线性变化。当电源频率上升到某一频率值时 ， 反应器上将获得一个交流电压幅值很高的数值。这 是电路系统谐振造成 的 。 、。反应器上的交流电压 Ｊ
●
幅值与交直流耦合电路中的元件参数及其结构有直 接 的关 系 Ｊ 。
１３ 流 光放 电率 ．
●
设 反应器 上 的正 弦交 流 电压 为 ｓ （ ） 则 ｉ ￡ ， ｎ
×１ 。 ０Ｖ
（） １
交流电源输入为 ｓ （ ｔ ， ｉ ｔ ） 电压幅值 为２ ｎｏ ０
、
频 率 ＿为 １０ ｚ ， 厂 ０ Ｈ 时 反应器 输 出的 电压 响应
为：
压
直
ｕ ｈｉ
ｊ
一
交流 压 赢
蠼Ａ 交
（）＝３ ７ ８ ・ ‘０ （ ． ８ １×１ 一仃 ＋ ｔ ０ ． ｅ ｃｓ ４ ０ ２ ０ｔ
图 ２ 交流 电源低频时 。 反应器上 电压叠加波形
的叠加 作用
（） １ 在直流电压上叠加上升率 大于 ２× ０Ｖ Ｓ的交 １。／
流电压 ；２ 交流 电压峰值 大于 １Ｖ （） ｋ 。在放 电转换
为流光放电的过程 中能产生低温等离子体 ， 低温等 离子体依靠其 自身的强氧化性将污水 中的污物氧化 掉， 进而 实现 污水处理 的 目的ｕ 。 利用流光放电理论的污水处理设备大都采用交 直流耦合电路 ， 其基本 由直流电源 、 交流电源和作为
１ 交直 流耦合 电路 的分析
交直流耦合 电路中有关参数 ： 阻容等效的反应
器 Ｒ＝１ Ｃ＝１ Ｉ Ｆ； １ ５×１ 一Ｆ； １ ２ ０ Ｑ、 ０１ Ｃ ＝ ２ ０ Ｌ ＝１ ０×
的作 用
交流电源输入为 ｓ （ ｔ ， ｉ ｔ ） 电压幅值为 １０ 、 ｎｏ ０Ｖ
频率 为 ２ １。 ｚ 反应器输出电压响应 ： ０× ０Ｈ 时，
１ ５０ ． ７ ８） ＋ ０ ３ ７ ｅ ９ ． ９ ４ 一’９ Ｃ Ｓ（ ． ６ １ × １ ’ ＋ Ｏ ３ １２ ０ｔ
流 ｌ器 ！ 电 流 源 反 皂 Ｌ ｛路 源 电 应 』 电
！
１５９ ）＋ ．３８ｏ（２ ．１２ ＋１５０ ） ．３１ ４７９ ｃｓ６８３５ｔ ．７７
（） ２
直流电源单独作用时， 反应器 电压输出与直流
图 １ 交 直 流 耦 合 电路 原 理
电源 电压输入的传递 函数为：
Ｇ （）＝ ／ Ｒ ＣＬＬｓ ＋ｃ １ ＋（ Ｃ １ ２ｓ Ｒ ［ Ｃ １１２ ｌ ｓ ＲＬ＋ Ｒ Ｌ ＋ ＣＬ ） ＋（ ｌ Ｌ ） ＋ ］ Ｃ ２ Ｒ １１ｓ ＋ ２ｓ Ｒ
（） ３
直流电源 电压为 １０ ０Ｖ时 ， 反应器输 出的电压
（ ）＝１０ 一＿ Ｃ８ ４０２ ｔ ０ｅ９９ ０ （ ．８ １×１ ９８ ０ｔ＋仃 一
００２ 、＋ ．６５×１ 一ｅ４ ｘＳｏ（ ．６ １×１’ ．０５ １６６ ０ －卿 ｌｃｓ３ １２ ， Ｏ ０ｔ
一
００７ ．４５＋１０ ０）
响应为 ：
１
为使反应器在流光放电模式下工作 ， 不仅需对 交直流控制电路参数进行反复调节 ， 流电源调节 直 参数为直流电压 ， 流电源调节参数为交流电压 幅 交 值和频率 ， 而且调节往往需要较长时间。通过对交 直流耦合电路 以及模糊控制理论 的分析 ， 采用 流光 放 电率作为可控量化指标对脉冲电源进行控制 。流 光放电率的大小能够表征反应器实现流光放电的程
负载 的反应 器等 组成 ， 合 电路 的原理 如 图 ｌ所示 。 耦
高 一 一一 一 、 卜一 —— 高
交流电源单独作用时 ， 反应器 电压输 出与交 流 电源电压输入的传递函数为 ： Ｇ （ ）＝Ｒ １１／ Ｒ ＣＬ ｓ ２ｓ ＣＬｓ ［ Ｃ １１ ＋ｃＬ ＋ １１ ｓ （ Ｃ １ Ｃ ＋ ＣＬ） ＋ ＋ ） ＋ ］ Ｒ Ｌ ＋ Ｒ １１ｓ （ １ ５ 尺
够达到对污水处理设备 进行 控制的 目的 ， 使交直 流耦合 电路 中的交 直流 电压在 反应器上实现 叠加 。仿 真及实验 结 果表 明， 该方案有效 、 可行 ， 具有 良好 的推广价值。
关键词 ： 交直流耦合 电路 ； 流光放 电率 ； 量化指标 ； 模糊控制
中图分类号 ：４ ３ １ ｏ １．
流光放电理论发现后 ， 人们开始 了将该理论用 于污水 处理领 域 的研究 。流光 放 电是放 电的一 种形
式， 但放 电转换 为 流光放 电需要 两个 条件 才 能实现 ：
１ Ｈ ； Ｏ一 Ｌ２： １× １ ～ Ｈ 。 ０
１１ 低 、 ． 高频 交直流 电压在反应 器上 的叠加
பைடு நூலகம்
１１１ 交流 电源在低频 时 ， ． ． 交直流 电压在反 应 器上
第 ２ 卷 第２ 期 ７ Ｏ
２１ 年 １ ０ １ ０月
甘肃科技
Ｇａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｕ Ｓ ｉ ｎ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ
２７
Ⅳ０ ２０ ．
Ｏｃ． ２ ｔ ０１１
模糊 控 制在 污 水处 理 脉 冲 电源控 制 的应 用研 究
熊兆平 陈雪亮 ， ， 赵金 山
（） ４
度， 并且通过控制可使交直流耦合 电路 中的交直 电
压加载于反应器上 ， 满足反应器流光放 电的基本条
件。
电压幅值为 ２ １ 、 ０× ０Ｖ 频率厂为 １０ ｚ ０ Ｈ 的交 流
电源与 １０ ０ Ｖ的直流电源在反应器上叠加的波形如
图 ２所示 。
１１２ 交流电源在 高频时， ．． 交直流电压在反应 器上
６ ８
甘
肃
科
技
第２ ７卷
呈非线性变化。当电源频率上升到某一频率值时 ， 反应器上将获得一个交流电压幅值很高的数值。这 是电路系统谐振造成 的 。 、。反应器上的交流电压 Ｊ
●
幅值与交直流耦合电路中的元件参数及其结构有直 接 的关 系 Ｊ 。
１３ 流 光放 电率 ．
●
设 反应器 上 的正 弦交 流 电压 为 ｓ （ ） 则 ｉ ￡ ， ｎ
×１ 。 ０Ｖ
（） １
交流电源输入为 ｓ （ ｔ ， ｉ ｔ ） 电压幅值 为２ ｎｏ ０
、
频 率 ＿为 １０ ｚ ， 厂 ０ Ｈ 时 反应器 输 出的 电压 响应
为：
压
直
ｕ ｈｉ
ｊ
一
交流 压 赢
蠼Ａ 交
（）＝３ ７ ８ ・ ‘０ （ ． ８ １×１ 一仃 ＋ ｔ ０ ． ｅ ｃｓ ４ ０ ２ ０ｔ
图 ２ 交流 电源低频时 。 反应器上 电压叠加波形
的叠加 作用
（） １ 在直流电压上叠加上升率 大于 ２× ０Ｖ Ｓ的交 １。／
流电压 ；２ 交流 电压峰值 大于 １Ｖ （） ｋ 。在放 电转换
为流光放电的过程 中能产生低温等离子体 ， 低温等 离子体依靠其 自身的强氧化性将污水 中的污物氧化 掉， 进而 实现 污水处理 的 目的ｕ 。 利用流光放电理论的污水处理设备大都采用交 直流耦合电路 ， 其基本 由直流电源 、 交流电源和作为
１ 交直 流耦合 电路 的分析
交直流耦合 电路中有关参数 ： 阻容等效的反应
器 Ｒ＝１ Ｃ＝１ Ｉ Ｆ； １ ５×１ 一Ｆ； １ ２ ０ Ｑ、 ０１ Ｃ ＝ ２ ０ Ｌ ＝１ ０×
的作 用
交流电源输入为 ｓ （ ｔ ， ｉ ｔ ） 电压幅值为 １０ 、 ｎｏ ０Ｖ
频率 为 ２ １。 ｚ 反应器输出电压响应 ： ０× ０Ｈ 时，
１ ５０ ． ７ ８） ＋ ０ ３ ７ ｅ ９ ． ９ ４ 一’９ Ｃ Ｓ（ ． ６ １ × １ ’ ＋ Ｏ ３ １２ ０ｔ
流 ｌ器 ！ 电 流 源 反 皂 Ｌ ｛路 源 电 应 』 电
！
１５９ ）＋ ．３８ｏ（２ ．１２ ＋１５０ ） ．３１ ４７９ ｃｓ６８３５ｔ ．７７
（） ２
直流电源单独作用时， 反应器 电压输出与直流
图 １ 交 直 流 耦 合 电路 原 理
电源 电压输入的传递 函数为：
Ｇ （）＝ ／ Ｒ ＣＬＬｓ ＋ｃ １ ＋（ Ｃ １ ２ｓ Ｒ ［ Ｃ １１２ ｌ ｓ ＲＬ＋ Ｒ Ｌ ＋ ＣＬ ） ＋（ ｌ Ｌ ） ＋ ］ Ｃ ２ Ｒ １１ｓ ＋ ２ｓ Ｒ
（） ３
直流电源 电压为 １０ ０Ｖ时 ， 反应器输 出的电压
（ ）＝１０ 一＿ Ｃ８ ４０２ ｔ ０ｅ９９ ０ （ ．８ １×１ ９８ ０ｔ＋仃 一
００２ 、＋ ．６５×１ 一ｅ４ ｘＳｏ（ ．６ １×１’ ．０５ １６６ ０ －卿 ｌｃｓ３ １２ ， Ｏ ０ｔ
一
００７ ．４５＋１０ ０）