本文利用微生物的生命活动特性对废水中的有机污染物进行降解并生产甲烷,针对大规模的微生物水处理产甲烷生产系统中各环节的宏观调度问题展开研究。微生物水处理产甲烷的生产系统属于混杂动态系统,包含三个环节:微生物培养环节、微生物运输环节和甲烷生产环节,具有微生物培养与甲烷生产过程不仅随时间连续变化且受运输这一离散事件驱动的特性。两次运输事件的间隔称为一个周期,甲烷收益、运输成本、培养成本三者构成系统的综合收益。为了使生产系统未来有限时间内综合收益最大化,本文建立了微生物水处理产甲烷的运输生产模型,并设计自适应遗传算法求解该目标下系统的最佳微生物输送量与分配周期方案。本文主要研究内容如下:(1)针对微生物的易逝性及其生长函数对其库存影响、周期差异导致微生物运输成本变化、甲烷产率实时变化情形下微生物最优分配等问题,本文以单周期与多周期的视角对其进行了详细分析,指出单周期情形下系统优化属于运输问题但对优化效果无作用,多周期优化才能满足系统的控制需求。本文利用混杂动态系统、库存模型、运输问题、最优化等相关理论,结合系统的周期特性和动态特性将系统单周期与多周期特征统一起来,建立了微生物水处理产甲烷的运输生产模型,确定了模型的目标函数和变量约束。(2)微生物水处理产甲烷的运输生产模型的求解属于有约束非线性最优化问题。通过对模型进行求解分析,指出系统在周期性和混杂动态特性下具有变量间耦合作用强、变量和约束之间相互影响的特征。此外,本模型的决策变量规模为微生物培养装置数、甲烷生产装置数、周期数三者的乘积,使用传统梯度算法会面临维灾、找不到全局最优解的问题。对此本设计了自适应遗传算法进行求解,算法采用格雷码编码,用按周期分步矫正的方法对变量进行修正以解决约束复杂且难以处理的问题,使用罚函数法对违反参数约束的个体进行适应度修正以使算法收敛速度更快、解质量更高。本文对算法进行了设计与实现,通过仿真对单周期固定分配时间、多周期固定分配时间、多周期变化分配时间三种控制策略进行比较,运行结果表明微生物水处理产甲烷的运输生产模型的控制策略优于单周期以及固定时间分配策略,验证了本算法的有效性和先进性。