污水处理作为城市水资源循环利用的最后一环,在居民生产生活用水中起着不可或缺的作用。我国的污水处理技术起步较晚,随着环境污染问题的日益加剧,污水处理厂较为落后的处理能力无法满足现有的生活生产污水排放需求。本文针对污水处理控制系统控制自动化程度不高,反馈控制较弱,经常有水质超标等问题,以城镇污水处理厂为研究背景,设计污水处理控制系统,利用机器学习算法对水质进行预测推理,反馈控制污水处理工艺过程,实现对超标水质提前进行工艺调整,有效预防水质超标。论文从污水处理水质与工艺影响因素入手,进行了水质预测、控制系统设计等研究,能够有效提高污水处理控制过程的稳定性、鲁棒性,有助于污水处理实现无人值守。本文主要做了以下研究工作:(1)分析了污水处理工艺流程的水质影响因素,构建各个工艺过程与其对水质产生的影响之间的关系。调研了基于实际项目的城镇污水处理厂,该污水处理厂采用AA/O污水处理工艺,研究污水处理的关键设备,对污水处理厂的各个主要工艺进行分析,并根据污水处理工艺特点,研究水质影响因素。(2)依据污水处理工艺以及水质、水量分类样本,提出了基于PSO-LSSVM的污水处理水质预测与基于水质预测的模糊工艺推理模型。利用统计及聚类方法对污水处理过程监测得到的进出水量、进出水质等参数进行样本分类,利用PSOLSSVM对监测数据进行训练,构建污水处理水质预测模型,并利用训练结果预测未来的出水水质,在样本数量较小的情况下利用权重调整对预测的精度进行改进,并通过仿真验证了算法的合理性。利用模糊推理的方法计算预测水质与工艺影响因素之间的隶属关系,构建水质预测工艺推理模型,通过预测得到的水质情况推理工艺影响因素,反馈给控制系统进行相应工艺参数的修改。(3)针对污水处理控制系统存在的控制系统自动化及反馈控制较为薄弱等问题,基于水质预测推理模型设计一套水质预测污水处理控制系统。基于PLC控制技术、iFIX组态软件以及Visual Studio等平台,设计适用于本文所研究的污水处理厂的控制系统,主要包括现场、远程自动控制以及水质预测反馈控制。对所需的PLC模块以及仪器仪表选型,根据AA/O工艺以及水质预测模型设计控制流程并编写控制程序。通过iFIX组态软件设计上位机系统实现现场设备运行情况以及数据采集情况显示,设计水质预测反馈控制系统实现污水处理水质预测以及工艺流程反馈控制。最后,针对本文研究的城镇污水处理厂,将基于PSO-LSSVM水质预测污水处理控制系统实装于该污水处理厂中,对自动控制系统以及水质预测反馈控制系统进行试运行,结果表明控制系统运行稳定、自动化程度高、反馈效果优良,有益于实现污水处理厂的无人值守管理。