基于强酸当量(SAE)的pH值控制的研究

基于强酸当量(SAE)的pH值控制的研究东华大学硕士学位论文基于强酸当量（SAE）的pH值控制的研究姓名：王梅申请学位级别：硕士专业：控制工程与控制理论指导教师：石红瑞20060201东华大学硕士学位论文基于强酸当量(SAE)的pH值控制的研究摘要pH值在工业过程控制中占有举足轻重的地位，许多化学工业过程中都存在着pH值的测控问题。在这些过程中，将pH值控制在一定的范围内是非常重要的。但是由于pH过程的高度非线性，过程增益在中和点附近Q)H为6至8之间)极高(往往达到100左右)，酸一碱浓度的微小变化都能引起pH值强烈的变化，再加上pH过程时变特性和对干扰非常敏感等原因，常规的PID控制在多数情况下无法胜任pH值控制的要求，所以此问题被公认为最难控制的过程之一，引起了学者广泛的关注。近几十年来，有很多先进的方法应用于pH值控制，也有一些方法是基于对pH值模型的研究。针对pH中和反应过程严重非线性的特点，本文引入了强酸当量(StrongAcidEquivalent)的概念，将控制变量由pH值转换为强酸当量，使得控制变量与状态成线性关系，状态方程从严重的非线性转换为具有轻微的非线性。由于pH机理模型可以分为动态模型和静态模型，本文首先对动态模型和静态模型进行严格的数学推导，并结合强酸当量的概念，提出两种不同的控制方案，分别对连续搅拌釜中的pH值进行控制。本文提出的第一种方案为多模型自适应控制方案，第二种方案为自适应内模控制方案。东华大学硕士学位论文多模型自适应方案针对的是基于强酸当量的近似线性模型，该方法首先要推导得到一个与中和过程机理模型等价的近似线性模型，虽简化了模型，但是控制方案比较复杂。针对中和过程扰动频繁、pH值对扰动敏感的特点，提出用多模型来覆盖所有扰动的情况，采用自适应模型加固定模型的方法，用固定模型来加快系统的暂态响应过程，自适应模型消除其稳态误差。该方法的难点在于多个模型之间的切换，本文针对每个子模型设计相应的控制器，并给出了切换准则。自适应内模方案针对的模型为基于强酸当量的非线性模型。自适应内模控制结构由过程模型、过程模型的逆、低通滤波器和自适应机构组成，控制方案设计简单方便，难点在于内模控制器的设计。本文经过严格的数学推导，把过程模型的逆作为控制器。为了补偿模型误差，使系统有较好的稳定性和鲁棒性，在内模的结构上增加自适应控制器。本文通过对连续搅拌反