活性污泥法是污水处理过程的一种有效的方法,得到广泛的研究和应用。随着立法对污水排放标准的严格规定,需要对污水处理过程采用先进的建模和控制技术,以提高出水水质,降低处理能耗。但污水处理过程具有外界干扰剧烈、强非线性等特点,对其建模和控制难度较大。预测控制是工业过程中广泛应用的一种先进控制算法,所以对污水处理过程的预测控制方法研究具有重要意义。本文对基于活性污泥1号模型(ASM1)的污水处理过程Benchmark进行建模方法研究,并且采用广义预测控制策略进行优化控制。本文首先采用聚类多模型建模策略,建立了污水处理过程的多线性模型表达;然后采用多变量广义预测控制策略,分别对干扰恒定时的设定值追踪控制以及干扰波动时的定值控制进行模拟仿真;考虑到污水处理过程不确定性,采用自适应策略进行多模型同时在线校正和特定的单个模型在线校正,以此改善模型的预测精度;由于聚类多模型建模是一种无监督的方式,本文在聚类多模型建模的基础上提出了有监督的多模型建模方法,提高了多模型的建模精度。根据污水处理过程的实际要求,为了满足氮浓度的排放标准区间要求,研究了污水处理过程的区间广义预测控制策略,把预测控制的常规二次目标转化为带软约束问题的线性优化问题;同时考虑到污水处理的能耗,在出水水质目标之上建立了能耗最小目标,得到了污水处理的多目标预测控制,最后采用分层多目标优化算法进行在线优化求解,得到污水处理过程的多目标预测控制。考虑到污水处理过程中关键组分测量速度过慢的实际情况,本文结合多速率辨识技术,研究了多速率系统的快速单速率模型参数辨识和采样间输出的估计策略,并且应用所提的策略辨识污泥回流输入-硝态氮浓度输出的快速单速率模型;以此快速单速率模型作为预测模型,分别研究了在输出采样无噪声和有噪声的情况下污水处理过程的广义预测控制。