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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流pH中和过程PID控制19537pH中和过程PID控制刘飞飞燕 山 大 学2009年6月本科毕业设计（论文）pH中和过程PID控制学院（系）：里仁学院 专 业：自动化 学生 姓名：刘飞飞 学 号：051203011012 指导 教师：唐英干 答辩 日期：2009年6月17日 .精品文档.本科毕业设计（论文）燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：电气工程学院 系级教学单位：自动化系 学号051203011012学生姓名刘飞飞专 业班 级自动化1班题目题目名称pH中和过程PID控制题目性质1.理工类：工程设计 （ ）；工程技术实验研究型（ ）；理论
2、研究型（ ）；计算机软件型（ ）；综合型（ ）2.管理类（ ）；3.外语类（ ）；4.艺术类（ ）题目类型1.毕业设计（ ） 2.论文（ ）题目来源科研课题（ ） 生产实际（ ）自选题目（ ） 主要内容pH中和是化工行业中的一个基本工序，实现该过程的自动控制可以减少工业酸性和碱性污染物的排放，能有效地保护环境。该过程是一个典型的非线性系统，传统的PID控制效果不是很理想。本次设计要求采用PID控制实现pH中和过程，设计相应的控制器，给出参数整定方案，并进行仿真研究。基本要求1、了解pH中和过程的机理，系统动态方程2、学习非线性PID控制原理3、将非线性PID控制原理用于pH中和过程，设计控制器
3、，并进行仿真研究参考资料1、王叔青等，工业过程控制工程，化学工业出版社2、Matlab仿真相关书籍3、文献资料若干周 次第14周第58周第912周第1316周第17周应完成的内容查阅相关资料，熟悉pH中和过程的相关知识学习Matlab仿真知识学习继电器反馈整定原理并设计控制器，用Matlab实现整理实验结果，撰写毕业论文撰写并修改毕业论文，并完成讲解图，准备答辩指导教师：唐英干职称： 副教授 2009年1月6日系级教学单位审批： 年 月 日摘要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的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
4、好的控制有着十分重要的意义。由于pH过程的高度非线性和滞后性，一直是控制界的难点。pH值的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 值中和过程的机理模型做了简单描述。介绍了酸碱中和过程pH值的变化特性，并介绍了几种控制方法，包括常规的PID控制、补偿控制，以及比较先进的智能控制方法。本文主要分析了pH值曲线的非线性特点，并介绍了近年来应用于pH过程控制的非线性控制理论和方法，然后根据pH值控制的特点重点介绍了对pH过程使用非线性PID控制设计。这种设计能较好的处理pH过程的非线性。以及通过继电器整定方法自动地改变控制器整定参数的方式与方法，给出了系统的控制框图，并进
5、行Matlab仿真研究。关键词 pH的中和；非线性控制；PID控制；继电器反馈整定AbstractPH in the course of the process of industrial production is very common， a large number of chemical processes require a chemical reaction to its pH value in the process of control.It is widely used in their chemical， biological technology， sewage trea
6、tment， power generation industry， it is very important to contral this process.As the pH of the highly nonlinear process and the lag has been difficult to control the industry. The control of PH in the chemical production process is not easy. This paper analysis the problem and do a simple descripti
7、on of the model to the pH of the mechanism and counteract process of the acerbity and the alkali. It introduced the process of the trait of changes the in the neutralize of pH of the acerbity and the alkali， and introduced several control methods， including conventional PID control， compensation con
8、trol， as well as more advanced methods of intelligent control. This paper analyzes the curves of the pH of the non-linear characteristics， and describes theory and methods of the process in recent years the control of the pH applied to nonlinear control， and then in accordance with the characteristi
9、cs of the control of the pH of focusing on the use of non-linear of the the neutralize process of PH of the PID control design. This design can deal with the process of the non-linear pH better. As well as through the automatic tuning method of the relay of PID controller to change the ways and mean
10、s of parameters， given the control system block diagram.Make the matlab simulation and reach a conclusion. Keywordsthe neutralize of PH， nonlinear control， PID control， the feedback tuning of the relay目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 PH中和过程PID控制的概述11.1.1 课题背景和研究意义11.1.2 PH中和过程控制的研究现状及主要的成果21.2 PH中和过程控制方法及
11、发展历程31.2.1 PH控制方法发展历程31.2.2 PH中和过程控制方法3第2章 PID控制器参数的自整定方法92.1 PID参数整定方法简介92.2 继电反馈控制基本原理112.2.1 非线性控制法的一些基本知识112.2.2. 继电反馈用于PID参数自整定的思想162.3 PID参数自整定192.3.1 继电反馈控制的规则整定方法192.3.2 基于非线性反馈控制的自整定方法202.3.3 基于辨识二阶加纯滞后参数的自整定24第3章 PID控制器的设计及仿真333.1 pH中和过程333.1.1 pH中和过程的滴定曲线333.1.2 pH中和过程的动态模型343.2 PID控制器的设计
12、363.2.1 pH过程控制系统设计363.2.2 引入非线性变换的线性化PID控制37结论42参考文献43致谢45附录146附录250附录354附录467第1章 绪论1.1 PH中和过程PID控制的概述1.1.1 课题背景和研究意义水是人类生存的必要条件之一，也是现代化生产中必不可少的要素之一。水质的好坏直接影响人类的生存和现代化生产的顺利进行。pH值作为表征水的酸碱特性的指标，是评价水质是否合格的重要标准之一。pH值是水中H离子浓度的负对数，pH=7，表示水是中性的，PH7，水是碱性的，pH7，水是酸性的。现代化生产往往产生大量的工业废水，其pH值一般偏低或偏高，水呈现酸性或碱性，直接排放
13、会对地球的生态环境及人类及动植物的生存造成直接威胁，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，对水质也有严格的要求，如果水的pH值达不到要求，会造成生产不能顺利进行、原料的浪费，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和洗涤环节，要求洗槽水的pH值控制在5.2-5.4，从而保证麦汁的过滤数量和速度，如果pH值过高，则会把麦槽中的不良气味带入麦汁中，最终造成品酒中含有麦糟的味道。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
14、中的除盐水处理环节，要求进入除盐水箱的补水的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值控制在期望的范围内是非常重要的。在过程工业中往往要求含有一定酸度(或碱度)的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的pH值在允许的范围内，以免污染环境。pH中和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的pH值进行控制，如农药和医药生产、废水处理中的重金属回收及废水排放前的中和处理、化学工业中的酸碱中和等。它对溶液的性质、化学反应速度、生成物的成分、性质及微生物的生长和新陈代谢等，均有很大影响；对于提高生产效率、产品质量、工厂设备的安全防护及环境保护是一个关键因素。所以pH中和过程是化工行业的一个基本工序，实现该过程的自动控制可以有效地保护环境，对该课题的研究意义重大。但由于酸碱中和反应中pH值呈现严重的非线性，加之反应大多发生在容器和循环管路中，使得系统存在较大时滞，给pH值控制不仅带来极大困难，而且浪费大量的中和剂。pH值滴定曲线是非
