消毒是保证自来水质量的关键，采用氯化消毒应确保出厂水余氯合格。消毒过程中余氯变化具有大时延、大扰动特性，而且当流量、原水水质发生突变时，过程特征变化很大。许多水厂由于缺乏流量和水质检测装置，难以实现自动控制加氯，仍采取人工加氯方式，控制性能不佳，出厂水余氯波动较大。因此，在不增加相关检测设备的前提下，实现氯气的自动投加，提高出厂水水质，将具有重要的经济效益和社会效益。 本文针对具体水厂的余氯变化过程进行研究，在实现多项关键技术的基础上研制成功了氯气投加自动控制系统，提高水质的同时增加了劳动生产率，具有很大的推广价值。本文主要的研究成果如下： 1．建立了清水池进水流量软测量模型。首先将清水池进水流量估计问题归结为滤后水流量估计问题和清水池间流量分配问题；通过实验数据结合机理分析，建立了滤格出水流量软测量模型；对于多滤池-多清水池情形，给出了流量分配方法，并对反冲洗对流量造成的影响进行补偿，最后给出了清水池流量软测量模型的校正方法。 2．提出了一种鲁棒核偏最小二乘(KPLS)方法，并对水体余氯衰减规律进行研究。首先分析了现有余氯衰减规律研究成果的不足；由于实测水体衰减数据存在相关性、非线性特征，同时为了保证抗野值能力，将鲁棒方法与KPLS算法相结合，提出一种鲁棒KPLS方法，建立了水体余氯衰减模型，分析后得出结论认为给水过程水体余氯衰减可分为两段，且认为余氯衰减主要影响因素为氨氮量、氯气投加量和停留时间，最后给出了模型校正方案。 3．建立了余氯变化串级过程模型。首先将水体余氯衰减规律与对流扩散方程相结合，分别分析了管道余氯变化过程和清水池余氯变化过程，通过数值模拟分别建立了管道、清水池余氯变化过程近似模型；通过对系统特性分析，提出了串级控制系统结构，并建立了副、主回路过程模型；最后分析了流量突变时过程模型参数的渐变特性。 4．给出了氯气投加系统的完整串级控制方案并在实际系统中实现。首先为了便于设计主回路控制器，设计了Smith-Dahlin控制器作为副控制器，并对其鲁棒性进行分析，同时导出了该控制器的GPC形式，由于氯气投加系统实际上是一个比值系统且存在执行机构的约束，推导出了比值系统的约束广义预测控制方法及约束条件的修正方法；给出了副回路过程模型参数的在线辨识方法；由于不同工况下模型差别较大，将副控制器与多模型方法相结合，给出副回路的多模型自适应控制方法，考虑到流量突变时模型的渐变性，提出控制器的平滑切换方法；对主回路特征进行分析并给出其在单清水池、多清水池不同情形下的辨识、控制方案；最后用实际生产数据说明系统的控制效果。 5．提出一种加权支持向量回归在线训练算法，研究氯气变化过程的非线性建模问题。首先考虑到过程模型存在的非线性，将限定记忆法、样本加权和SVR方法相结合，得到加权SVR算法；为解决加权SVR在线建模的实时性不佳的问题，以AOSVR算法为基础，对加权SVR中权值调整进行分析，提出了AOWSVR算法，并结合缓存改进方法，保证了较好的实时性。基于AOWSVR算法的氯气变化过程建模结果表明了算法的运算精度和实时性都较为满意。