基于強(qiáng)酸當(dāng)量（SAE）的pH值控制的研究.pdf

1、pH值在工業(yè)過程控制中占有舉足輕重的地位，許多化學(xué)工業(yè)過程中都存在著pH值的測(cè)控問題。在這些過程中，將pH值控制在一定的范圍內(nèi)是非常重要的。但是由于pH過程的高度非線性，過程增益在中和點(diǎn)附近(pH為6至8之間)極高(往往達(dá)到100左右)，酸一堿濃度的微小變化都能引起pH值強(qiáng)烈的變化，再加上pH過程時(shí)變特性和對(duì)干擾非常敏感等原因，常規(guī)的PID控制在多數(shù)情況下無法勝任pH值控制的要求，所以此問題被公認(rèn)為最難控制的過程之一，引起了學(xué)者廣泛的關(guān)

2、注。 近幾十年來，有很多先進(jìn)的方法應(yīng)用于pH值控制，也有一些方法是基于對(duì)pH值模型的研究。針對(duì)pH中和反應(yīng)過程嚴(yán)重非線性的特點(diǎn)，本文引入了強(qiáng)酸當(dāng)量(Strong Acid Equivalent)的概念，將控制變量由pH值轉(zhuǎn)換為強(qiáng)酸當(dāng)量，使得控制變量與狀態(tài)成線性關(guān)系，狀態(tài)方程從嚴(yán)重的非線性轉(zhuǎn)換為具有輕微的非線性。由于pH機(jī)理模型可以分為動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型，本文首先對(duì)動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，并結(jié)合強(qiáng)酸當(dāng)量的概念，提出兩

3、種不同的控制方案，分別對(duì)連續(xù)攪拌釜中的pH值進(jìn)行控制。 本文提出的第一種方案為多模型自適應(yīng)控制方案，第二種方案為自適應(yīng)內(nèi)?？刂品桨?。 多模型自適應(yīng)方案針對(duì)的是基于強(qiáng)酸當(dāng)量的近似線性模型，該方法首先要推導(dǎo)得到一個(gè)與中和過程機(jī)理模型等價(jià)的近似線性模型，雖簡(jiǎn)化了模型，但是控制方案比較復(fù)雜。針對(duì)中和過程擾動(dòng)頻繁、pH值對(duì)擾動(dòng)敏感的特點(diǎn)，提出用多模型來覆蓋所有擾動(dòng)的情況，采用自適應(yīng)模型加固定模型的方法，用固定模型來加快系統(tǒng)的暫態(tài)響

4、應(yīng)過程，自適應(yīng)模型消除其穩(wěn)態(tài)誤差。該方法的難點(diǎn)在于多個(gè)模型之間的切換，本文針對(duì)每個(gè)子模型設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器，并給出了切換準(zhǔn)則。 自適應(yīng)內(nèi)模方案針對(duì)的模型為基于強(qiáng)酸當(dāng)量的非線性模型。自適應(yīng)內(nèi)?？刂平Y(jié)構(gòu)由過程模型、過程模型的逆、低通濾波器和自適應(yīng)機(jī)構(gòu)組成，控制方案設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，難點(diǎn)在于內(nèi)模控制器的設(shè)計(jì)。本文經(jīng)過嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，把過程模型的逆作為控制器。為了補(bǔ)償模型誤差，使系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性和魯棒性，在內(nèi)模的結(jié)構(gòu)上增加自適應(yīng)控制器。