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城市污水处理过程控制是保证出水水质达标、提高处理效率的重要手段,其基本思想是:通过及时获取运行过程数据,利用控制方法对风机、回流泵、加药泵等进行调节,达到期望的运行效果。然而,由于城市处理包含物理处理、生物处理和化学处理等过程,其过程控制面临巨大的挑战,主要体现在:1)影响城市污水处理过程状态的因素众多且相互影响,城市污水处理过程机理异常复杂,缺少精确的机理模型。2)城市污水处理过程变量难以实时检测,尤其是关键水质参数总磷（TP）、氨氮（NH4-N）等无法在线检测,缺少足够的运行状态信息。3)城市污水处理过程入水只能被动接受,入水流量、成份、污染物种类、有机物浓度等波动较大,是一个典型的多干扰非线性动态系统,且始终运行于非平稳状态。因此,如何精确识别城市污水处理过程状态,利用有效的过程控制方法实现过程变量的稳定精准控制,仍然是当前城市污水处理过程控制研究的热点和难点。针对上述城市污水处理过程控制面临的挑战,论文以城市污水处理出水水质稳定达标为目标,基于城市污水处理过程工艺和原理,解析过程生化反应机理,提取城市污水处理过程难在线检测的水质参数,建立了关键水质参数的智能检测模型,实现了实时在线检测出水TP、出水NH4-N等关键水质参数;分析典型控制过程及其工况特征,确定影响过程控制性能的因素,设计了具有强自适应能力和鲁棒性的自组织滑模控制器,实现了城市污水处理过程溶解氧、内回流等典型过程变量的稳定高精度控制;完成了污水处理过程检测、控制等技术的封装,研制出城市污水处理过程自组织滑模控制系统,并在实际污水处理厂进行测试应用。论文主要研究工作和创新点如下:（1）关键水质参数的智能检测模型设计针对出水TP、出水NH4-N等关键水质参数难以在线精确检测的问题,文中设计了一种基于自组织模糊神经网的关键水质参数智能检测模型。首先,通过最小二乘法提取关键水质参数的相关变量,确定智能检测模型的输入输出变量;其次,基于模型结构风险评价指标优化模型结构,同时更新模型的结构和参数,提高了智能检测模型的精度;最后,分析出智能检测模型的收敛条件,并给出了结构优化算法的收敛条件下参数选择的准则,确保模型的成功应用,实际应用结果显示所提出的智能检测模型具有较好的实时性和检测精度。（2）城市污水处理过程鲁棒滑模控制器设计针对城市污水处理过程存在严重的外部和内部扰动问题,论文提出了一种城市污水处理过程鲁棒滑模控制方法。首先,设计出外部鲁棒控制器,基于自适应趋近率完成滑模控制率的求解,实现了控制过程的快速收敛和外部干扰的抑制;其次,设计出内部鲁棒控制器,基于模糊神经网络完成内部干扰动态特征的提取,形成内部鲁棒控制率,确保内部干扰下系统的鲁棒性;最后,通过构造李雅普诺夫函数,完成了鲁棒滑模控制器的性能分析。典型非线性系统和城市污水处理过程硝态氮控制的应用效果表明,鲁棒滑模控制器不仅能够在内部和外部干扰作用下保持稳定的控制性能,而且具有收敛速度快的优势。（3）城市污水处理过程单变量自组织滑模控制器设计针对城市污水处理过程中存在严重的非线性和不确定性问题,论文提出了一种城市污水处理过程单变量自组织滑模控制器,实现了溶解氧浓度的精准控制。首先,利用控制器的跟踪误差和结构风险,设计控制器性能评价指标,并根据评价结果优化控制器结构,减轻自组织滑模抖振现象;其次,采用自适应投影算法对控制器的参数进行更新,提高控制响应速度;最后,在控制器固定结构和自适应结构阶段,分别分析了控制器的稳定性和收敛性,同时给出了自适应参数设置方法,以确保自组织滑模控制器的成功应用。典型非线性系统和城市污水处理过程溶解氧控制的应用效果表明,单变量自组织滑模控制器不仅能够保持平稳精准的跟踪控制性能,还在动态设定点跟踪控制时具有较快的控制响应。（4）城市污水处理过程多变量自组织滑模控制器设计针对城市污水处理全流程难以平稳运行的问题,论文提出了一种城市污水处理过程多变量自组织滑模控制器。首先,设计出一种适用于城市污水处理全流程的多变量自组织滑模控制器架构,包括:多输入多输出滑模控制、多输入多输出自组织模糊神经网络补偿控制、以及自适应策略;其次,基于控制率计算结构和系统输出信息,提出一种的自适应控制增益优化策略,通过调节控制器增益,平滑控制器的输出,解决了控制信号波动大引起的控制性能下降问题,确保控制器控制性能;最后,为了保证控制器的稳定性,给出了多变量自组织滑模控制器参数设计原则及执行步骤,确保控制器实际应用中的可操性。城市污水处理过程多变量控制的应用效果表明,该控制器不仅能同时稳定精准控制曝气、内回流等过程,而且控制器输出的控制信号连续平滑。（5）城市污水处理过程自组织滑模控制系统为了实现城市污水处理过程自组织滑模控制的验证与应用,论文研制出一套城市污水处理过程自组织滑模控制系统。首先,在控制系统架构方面,采用封装式可嵌入应用软硬件,其中包含数据采集模块、关键水质参数检测模块以及自组织滑模控制模块等,确保与其他控制系统的兼容,实现自组织滑模控制功能;其次,在控制系统操作方面,运用执行系统界面监控系统运行状态,设计信号读写端口,对控制模块进行初始设置和执行信号输入,实现对典型控制过程的任意控制变量的自动控制;最后,在城市污水处理厂中试平台中,运用城市污水处理过程曝气控制和出水总磷控制测试了系统的有效性。结果显示,系统运行良好、操作简便且能够根据实际需要实现预期的控制目标。