活性污泥法污水生物处理过程是一个影响因素多、变量间关联强、机理复杂的多变量耦合系统,研究其模型获取和解耦方法是获得满意控制品质的必要途径。动态矩阵控制(DMC)具有良好的鲁棒性,且对模型要求较低,十分适合用来对污水处理过程实施先进控制。本文设计实现了一个活性污泥1号模型的仿真研究实验平台,该平台可以方便用户获取建模所需的数据和实现控制算法仿真;论文还基于动态矩阵控制研究了污水处理过程的稳、动态解耦控制方法。本文首先根据国际水质协会推出的Benchmark基准,利用Matlab/Simulink工具箱搭建了污水处理仿真平台。在仿真平台上,可以方便地获取不同天气状况下,不同激励信号的响应数据,也可方便进行各种控制策略的仿真。数据对照和机理分析证明了仿真平台给出的结果是正确的。其次,本文对所选操作变量和被控变量进行耦合性分析,证明污水处理过程变量间存在严重的关联耦合。为减少变量间耦合给控制系统带来的影响,论文研究了稳态进水情况下的多变量PID前馈解耦方法。为在解耦的同时提高控制系统的鲁棒性,论文研究了稳态进水情况下的多变量DMC解耦方法,将被控多变量系统分解成两个两输入单输出系统,通过求解二元一次方程组获取控制器输出变化量,引入误差观测器,起到进一步解耦作用。最后,考虑到污水处理系统实际进水是动态变化的,并非一直处于稳态。论文结合数据聚类分析方法,研究了多模型DMC解耦控制方法。通过K-均值聚类方法对干旱天进水氨氮浓度数据进行聚类,求出簇中心,获得以簇中心为入水氨氮浓度的固定模型集合。再以实时进水氨氮浓度和簇中心为基本元素,设计模型切换准则。仿真结果表明,多模型方法可以有效提高污水处理系统的动态控制品质。