pH中和过程PID控制.docx

pH中和过程PID控制.docx

《pH中和过程PID控制.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《pH中和过程PID控制.docx（60页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

pH中和过程PID控制

摘要

pH过程在工业生产中非常普遍,大量化工过程都需要对其化学反应过程中得pH值进行控制。

其广泛存在于化工、生物工艺、污水处理、发电等工业中,对这一过程进行良好得控制有着十分重要得意义。

由于pH过程得高度非线性与滞后性,一直就是控制界得难点。

pH值得控制在化工生产过程中并非易事。

本文针对这一问题进行了研究分析,对pH值中与过程得机理模型做了简单描述。

介绍了酸碱中与过程pH值得变化特性,并介绍了几种控制方法,包括常规得PID控制、补偿控制,以及比较先进得智能控制方法。

本文主要分析了pH值曲线得非线性特点,并介绍了近年来应用于pH过程控制得非线性控制理论与方法,然后根据pH值控制得特点重点介绍了对pH过程使用非线性PID控制设计。

这种设计能较好得处理pH过程得非线性。

以及通过继电器整定方法自动地改变控制器整定参数得方式与方法,给出了系统得控制框图,并进行Matlab仿真研究。

关键词　pH得中与;非线性控制;PID控制;继电器反馈整定

Abstract

PHinthecourseoftheprocessofindustrialproductionisverymon,alargenumberofchemicalprocessesrequireachemicalreactiontoitspHvalueintheprocessofcontrol、Itiswidelyusedintheirchemical,biologicaltechnology,sewagetreatment,powergenerationindustry,itisveryimportanttocontralthisprocess、

AsthepHofthehighlynonlinearprocessandthelaghasbeendifficulttocontroltheindustry、ThecontrolofPHinthechemicalproductionprocessisnoteasy、ThispaperanalysistheproblemanddoasimpledescriptionofthemodeltothepHofthemechanismandcounteractprocessoftheacerbityandthealkali、ItintroducedtheprocessofthetraitofchangestheintheneutralizeofpHoftheacerbityandthealkali,andintroducedseveralcontrolmethods,includingconventionalPIDcontrol,pensationcontrol,aswellasmoreadvancedmethodsofintelligentcontrol、ThispaperanalyzesthecurvesofthepHofthenon-linearcharacteristics,anddescribestheoryandmethodsoftheprocessinrecentyearsthecontrolofthepHappliedtononlinearcontrol,andtheninaccordancewiththecharacteristicsofthecontrolofthepHoffocusingontheuseofnon-linearofthetheneutralizeprocessofPHofthePIDcontroldesign、Thisdesigncandealwiththeprocessofthenon-linearpHbetter、AswellasthroughtheautomatictuningmethodoftherelayofPIDcontrollertochangethewaysandmeansofparameters,giventhecontrolsystemblockdiagram、Makethematlabsimulationandreachaconclusion、

Keywords　theneutralizeofPH,nonlinearcontrol,PIDcontrol,thefeedbacktuningoftherelay

第1章绪论

1、1PH中与过程PID控制得概述

1、1、1课题背景与研究意义

水就是人类生存得必要条件之一,也就是现代化生产中必不可少得要素之一。

水质得好坏直接影响人类得生存与现代化生产得顺利进行。

pH值作为表征水得酸碱特性得指标,就是评价水质就是否合格得重要标准之一。

pH值就是水中[H']离子浓度得负对数,pH=7,表示水就是中性得,PH>7,水就是碱性得,pH<7,水就是酸性得。

现代化生产往往产生大量得工业废水,其pH值一般偏低或偏高,水呈现酸性或碱性,直接排放会对地球得生态环境及人类及动植物得生存造成直接威胁,因此必须对其进行处理,使水表现为中性,达到排放指标才可以排放。

在现代化生产中,对水质也有严格得要求,如果水得pH值达不到要求,会造成生产不能顺利进行、原料得浪费,使生产效率下降,成本增加,同时可能会造成产品质量下降,使企业竞争能力下降,例如:

在啤酒生产中麦汁过滤与洗涤环节,要求洗槽水得pH值控制在5、2-5、4,从而保证麦汁得过滤数量与速度,如果pH值过高,则会把麦槽中得不良气味带入麦汁中,最终造成品酒中含有麦糟得味道。

另外还会腐蚀生产设备,包括管路、锅炉等,降低设备寿命,并有可能影响生产,甚至产生危险。

例如在热电厂现场调研中发现,热力发电厂中得除盐水处理环节,要求进入除盐水箱得补水得pH值控制在8、5-9、2之间,pH值过低会腐蚀铁质管路,过高则会腐蚀铜质管路及设备。

在化工过程（如锅炉给水、废水处理等）中,pH值控制在期望得范围内就是非常重要得。

在过程工业中往往要求含有一定酸度（或碱度）得溶液去参加化学反应;另外,在污水处理过程中要求确保处理后污水得pH值在允许得范围内,以免污染环境。

pH中与过程控制在工业生产中非常普遍,大量化工过程都需要对其化学反应过程中得pH值进行控制,如农药与医药生产、废水处理中得重金属回收及废水排放前得中与处理、化学工业中得酸碱中与等。

它对溶液得性质、化学反应速度、生成物得成分、性质及微生物得生长与新陈代谢等,均有很大影响;对于提高生产效率、产品质量、工厂设备得安全防护及环境保护就是一个关键因素。

所以pH中与过程就是化工行业得一个基本工序,实现该过程得自动控制可以有效地保护环境,对该课题得研究意义重大。

但由于酸碱中与反应中pH值呈现严重得非线性,加之反应大多发生在容器与循环管路中,使得系统存在较大时滞,给pH值控制不仅带来极大困难,而且浪费大量得中与剂。

pH值滴定曲线就是非线性曲线,在中与反应过程中,不同得工作点增益相差很大,并且在实际反应过程中还存在着混合、测量等纯滞后因素,增加了控制过程得难度。

为此pH值被公认为最难得控制变量之一。

因此可以瞧出,不论就是对生态环境而言,还就是对工业生产而言,对pH值进行有效地控制都就是至关重要得。

1、1、2PH中与过程控制得研究现状及主要得成果

pH值得控制问题就是控制领域中得难题之一,因为pH中与过程就是一个典型得非线性系统。

pH较低或较高时,pH变化非常缓慢;而在中性时,即pH在7左右时,加入试剂得微小变化都会引起pH值得很大变化,即随着溶液pH值得变化,pH值相对于加药量变化得增益也随之发生显著变化,非线性特性非常明显了。

另外,实际中与反应过程中还存在混合、测量等纯滞后环节,而且延迟时间一般很长,就更增加了辨识与控制得难度。

可见pH值中与过程得辨识与控制问题就是一个非线性得纯滞后系统,如何处理纯滞后与非线性就是解决这一问题得关键。

非线性与大滞后问题在控制领域中也广泛存在,都就是控制领域中尚未有效解决得问题,因此对这一课题得研究不仅对pH中与过程得辨识与控制有重要意义,对其她得非线性大滞后系统也有着普遍得意义。

在过去几十年中,pH值一直被认为就是工业工程控制中最难控制得变量之一,随着现代控制理论得不断发展,使得pH中与过程控制方面得研究工作取得了许多新得进展。

特别就是在计算机普及应用以后,许多控制理论都相继应用于实验室pH过程得控制[9,11,12]。

pH中与过程得非线性突出表现为:

在中与点附近灵敏度过高,而在远离中与点处灵敏度又很低。

另外,pH过程具有较大得滞后性。

国内外得研究认为直接得线性PID控制一般不适合pH得控制,因为传统得PID控制或者基于线性系统理论得先进控制技术得控制器效率都非常低。

近年来非线性控制理论日益发展并完善起来,并应用到pH中与过程控制中[9]。

1、2PH中与过程控制方法及发展历程

1、2、1PH控制方法发展历程

早在20世纪50年代,pH值控制就成为人们研究得对象。

最初多采用常规得PID算法,但由于反应过程中,中与点附近得高增益使得常规得PID控制器参数调整非常困难,因为控制器只能采用很小得比例增益,否则系统不稳定;而比例增益过小,又使系统得动态特性变坏。

为此,FGShinskey在1973年用增益自适应得PI控制器来解决中与点附近得高增益这一难题,但只就是应用分析化学得方法,针对某一典型得中与过程进行控制。

R、Papa与X、Hu设计了模糊PI控制器,用模糊方法作为两个PI控制器得软开关,实质仍然属于PID控制,也没有从根本上解决中与点附近得高增益这一难题。

由于模糊神经网络就是用神经元网络来构造模糊系统,其既具有模糊系统善于表达人得经验性知识,又具有神经元网络得根据输入输出样本来自动设计与调整模糊系统得设计参数,实现模糊系统得自学习与自适应功能得特性,有高度鲁棒性。

将模糊神经网络模型用于pH值中与过程控制,将能取得良好得效果[9,11,12,13]。

众多得国内外学者对pH得控制问题进行了各种尝试与研究。

McAvoy首先给出了pH动态数学模型,在该模型中假定CSTR（continuouslystirredtankreactor）中物料完全混合且处处等温,模型包括两部分,动态模型描述CSTR中化学成分得浓度得动态变化,静态得非线性模型描述化学成分得化学平衡。

这一模型得到了实验结果得验证,为pH值得控制问题得研究奠定了基础。

目前,pH中与过程得控制方法主要包括传统得PID控制方法、智能控制方法等[9,11,12,13]。

1、2、2PH中与过程控制方法

（1）常规线性PID控制方法

比例积分微分控制得简称就是PID控制。

PID控制就是在工业过程中历史最久、生命力最强、应用最广得基本控制算法。

我们可以把pH中与过程控制瞧作一个简单得单回路控制系统,它包含4个环节:

控制器、控制阀、测量变送器与受控对象。

一个控制良好得系统,在经受扰动后,一般应平稳、迅速准确地趋近或回复到设定值。

因此,控制系统除了静态精度要满足一定得要求外,动态性能指标也要满足一定要求。

动态性能指标包括超调量、衰减比、过渡过程时间、振荡次数、余差与上升时间等,国内工程界目前习惯于采用超调量σ%与过渡过程时间Ts两项作为动态性能得主要指标,显然,σ%与TS都就是以小为好。

PID控制就是比例积分微分控制得简称。

比例作