随着全球经济发展,工业废水和生活污水日益增多,污水处理成为了研究热点。目前活性污泥法是较为常见的污水处理方法,在活性污泥法中,曝气系统是关键环节。为此,本文以沈阳某污水处理厂为研究背景,针对其采用的缺氧-好氧(A/O)工艺,对曝气系统进行深入研究,分别设计了一、二自由度内模PID控制器,使曝气系统在模型匹配和失配下均能达到很好的控制效果。本文主要研究内容如下。本文对缺氧-好氧(A/O)工艺机理及曝气系统运行机制进行深入分析,选取溶解氧浓度作为曝气过程的控制参数,建立了曝气系统的近似数学模型。为了抑制曝气过程中空气流量不均对溶解氧浓度的影响,设计了曝气系统串级控制结构。针对常规PID在曝气系统溶解氧控制中存在的不足,本文研究了内模PID控制方法,将其应用到污水处理控制系统中,实现对溶解氧浓度的控制。该方法结构简单,只需调节滤波参数a即可改善控制性能,经MATLAB仿真验证,内模PID控制性能明显优于常规PID;为了进一步提高内模PID的自适应能力,本文引入模糊控制策略,实现对内模控制中滤波参数a的在线调节。经MATLAB仿真验证,经模糊策略改进后的内模PID控制方法实现了对滤波参数a的在线调节,提高了响应速度。针对曝气系统动态模型在实际的工业环境下易出现模型失配的问题,本文在一自由度基础上又引入了另一个内模控制器,构成二自由度内模PID控制结构。通过调节二自由度内模控制器参变量来实现对系统目标跟踪性能和抗干扰性能的优化。经MATLAB仿真验证,二自由度内模PID控制方法在模型失配下表现出了更好的目标跟踪性能与抗干扰性能,实现了对溶解氧浓度的控制,有效克服了模型失配给系统带来的不良影响。