基于人工湿地动力学模型的最优控制

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1、分类号：学校代码：10165密级：学号：201511000553硕士学位论文基于人工湿地动力学模型的最优控制OptimalControlBasedontheDynamicalModelofConstructedWetland作者姓名：郭海瑞。学科、专业：应用数学研究方向：生物控制论导师姓名：赵立纯教授2018年3月辽宁师范大学硕士学位论文摘要随着工农业生产的迅猛发展和人类生活的影响，大量的工业废水、农业污水和生活污水等直接排放到江河湖海中，导致水资源遭到严重污染，不但威胁人类的健康，还严重破坏了生态平衡.因此，治理水污染、保护水资源已经成为迫在眉

2、睫的问题.人工湿地作为一种新型的污水处理技术，越来越被人们所重视，其脱氮机理和影响因素被大量学者广泛而深入的研究.本文从生态学和经济学的角度，针对人工湿地中藻类种群生物量对污水处理的影响和三种氮态（有机氮、氨氮、硝氮）间的相互转化关系，利用最优脉冲控制原理和现代控制理论等，对藻类种群模型和人工湿地除氮的生态动力学模型进行分析与研究，具体内容如下：第一部分，基于藻类种群的Logistic增长模型，以管理藻类种群的总成本为性能指标，建立具有脉冲效应的藻类种群管理模型.根据最优脉冲控制原理，获得最佳管理时刻和最佳管理水平.最后，通过数值模拟验证结果的有

3、效性.第二部分，基于人工湿地中三种氮态间的相互转化关系和协调拮抗作用，对已有的人工湿地除氮的生态动力学模型，应用现代控制理论的相关知识，对该模型进行能控性分析，得出系统能控的结论，并应用最速控制原理，获得满足排水标准的终端状态的最短时间.基于系统的稳定性，分三种情况讨论了达到排水标准的最短时间与系统达到稳定状态时所需时间之间的关系，分析了三种情况下人工湿地系统实现高效除氮的进、出水实施方案，为科学管理人工湿地提供了行之有效的方法.关键词：人工湿地；最优脉冲控制；最速控制；藻类种群模型；氮素动力学模型基于人工湿地动力学模型的最优控制OptimalC

4、ontrolBasedontheDynamicalModelofConstructedWetlandAbstractWiththerapiddevelopmentofindustryandagricultural，andthedeepenedeffectsofhumanproductionandlife，lotsofindustry，agriculturalandlifesewagedrainsintothewatersdirectly，whichleadstoseverewaterpollution.Thepollutionnotonlythr

5、eatenhumanhealth，butalsoseverelydamagedecologicalbalance，andthus，adoptsaseriesofmeasure，thatmanagingwaterpollutionandprotectingwaterresources，isanimmediateemergency.Theconstructedwetland，asanewtypeofecologicalwastewatertreatmenttechnology，hasbeengivenmoreandmoreattention.Itsm

6、echanismofdenitrificationandaffectingfactorswerewidelyandthoroughlystudied.Inthispaper，fromtheangleofecologyandeconomy，basedontheeffectsofalgaeamountonsewagetreatmentandthemechanismofnitrogentransformprocesses，andusedtheoptimalimpulsivecontrol，moderncontroltheoryandotherprinc

7、iples，algaepopulationmodelandnitrogendynamicalmodelsofconstructedwetlandwereanalyzedandresearched.Themaincontentsofthedissertationareasfollows:Firstly，basedonLogisticgrowthmodelsofalgaepopulation，thealgaepopulationmanagementmodel，withimpulsiveeffectandaimedattotalcost，wascons

8、tructed.Accordingtotheoptimalimpulsivecontrol，thebesttimeandlevelfor