pH值控制策略研究

pH值控制策略研究综述与评论化工自动化及仪表，2009，36(5)：7一12ControlandInstrumentsinChemicalIndustry．pH值控制策略研究薛美盛，陶呈纲，郑涛(中国科学技术大学自动化系，合肥230026)摘要：pH值控制广泛存在于化工生产、生化处理、污水处理、发电等-r41,过程，其控制品质好坏直接影响整个系统能否长期、安全、稳定运行，因而十分重要。由于大时滞和强非线性等特性，pH值控制十分困难。本文系统地总结了近年来针对pH值控制系统的新控制策略，并对pH值控制策略的应用做了展望。关键词：pH值控制；非线性；大时滞；CSTR中图分类号：TQ021．8文献标识码：A文章编号：1000-3932(2009)05-0007-061引言pH值是工业生产过程中蘑要的被控参数，它广泛地存在于石油化工¨。o、生物制药H’73及废水处理一卅叫等诸多领域。pH值控制品质的好坏，往往会直接影响到产品的质量、排放指标的达标以及企业的经济效益等。但pH值的控制一直都是一个较为困难的课题，主要有三方面原因：①大时滞特性，通常是由于测量点距反应装置过远，或者反廊容器较大而使反应不充分等因素造成的；②中和反应固有的强非线性特性，主要是由pH值的负对数定义引起的，该特性使得传统的一些控制策略不再适用；③时变特性，主要缘于反应过程中各组分浓度的时变性及不确定扰动¨“。上述难点使pH值控制系统极具研究价值。换言之，能够在该系统上成功达到控制品质要求的控制策略，放到其它场合中也应能取得较好的控制效果。多年来，人们对pH值控制系统的研究从未止步，期间涌现出了多种控制策略，有的在实际中取得了喜人的成果，有的亦在仿真阶段获得了理想的成绩，但仍有不少问题尚待解决。鉴于此，本文试图将众多已应用于pH值控制的控制策略及仍存在的问题加以归类和总结，以期推进这些pH值控制策略的实际应用。2pH值控制系统及建模2．1系统结构pH值控制系统，是指一个基于酸碱中和反应的pH值调节系统，其通用结构如图1所示¨21。该系统中，酸碱中和反应发生于一个连续搅拌反应釜(ContinuousStirredTankReactor，CSTR)中，反应物可包括酸、碱和缓冲剂。为了在控制过程中使pH值的变化方向与控制量的变化方向一致，通常会人为地设定控制量为碱液的流速。如果同时固定酸液的流速，并将CSTR内