随着社会的不断发展,各种环境问题不断凸显,水资源的保护更加迫切。污水处理关系到居民的用水质量和用水安全,是当前我国城市发展中亟待解决的问题。污水处理过程往往涉及物料传输、物理溶解、微生物生化反应等不同层面的问题,尤其包含有复杂的化学和生化反应过程,对其进行有效控制一直是污水处理所关注的重要问题。论文针对同步除磷脱氮污水工艺处理过程存在的多扰动、非线性、强耦合和大滞后等问题,开展其中关键工艺过程的控制技术研究,主要完成如下的研究任务:首先建立同步除磷脱氮污水处理过程的动态模型。论述了污水处理的主要工艺及其特点,并针对同步除磷脱氮法分析了该工艺污水处理主要工艺过程,明确了各工艺环节的输入变量和输出变量,并推导出系统模型,为后续分析和控制系统设计提供理论依据。针对系统存在的时间滞后问题,采用Smith预估器来补偿时间滞后,改善系统的动态响应。由于污水处理过程采用多个生物反应器相串联的工作方式,物料的传输过程带来了很大的时间滞后,降低了系统的稳定裕量,影响了控制系统的稳定性。在使用Smith预估器时要求能够知道滞后时间,但实际的滞后时间往往很难得到。论文针对该系统的特点提出了一种滞后时间的预测方法,保证了Smith预估器的有效性。由于污水处理过程存在的扰动大、参数时间等问题,研究了一种模糊PID控制器,有效提高了控制器的性能。传统的PID控制器参数是固定的,很难保证不同的工况下得到满意的控制效果。利用模糊规则实时修正PID控制器的参数,保证控制系统稳定并不断提升控制性能,具有智能控制的特点。最后,设计一个中试规模的同步除磷脱氮试验系统,实现了溶氧量的Smith预估控制和基于模糊PID的总氮控制。系统采用可编程控制器作为控制平台,编写了相应的控制程序,并完成了工艺试验。利用生活污水进行了工艺试验,结果表明达到了排放所要求的工艺指标。