pH中和过程PID控制
ph中和反应前馈控制的设计
ph中和反应前馈控制的设计PH中和反应前馈控制的设计引言：pH是描述溶液酸碱性的指标，控制pH对于许多化学过程和工业生产具有重要意义。
pH中和反应前馈控制是一种常用的控制方法，它可以通过调节酸碱溶液的投加量来维持溶液的稳定pH值。
本文将详细介绍pH中和反应前馈控制的设计原理、步骤以及优缺点。
一、设计原理1. pH中和反应pH中和反应是指在酸碱溶液中加入适量的酸或碱，使其与目标溶液发生化学反应，从而调节目标溶液的pH值。
通常情况下，当目标溶液的pH值偏高时，会加入酸来降低其pH值；当目标溶液的pH值偏低时，会加入碱来提高其pH值。
2. 前馈控制前馈控制是一种基于预测模型的控制方法，它通过根据系统输入信号预测系统输出信号，并根据预测结果进行相应调整，以实现对系统状态的控制。
在pH中和反应的控制中，前馈控制可以通过对酸碱溶液的投加量进行预测和调整，以实现对目标溶液pH值的精确控制。
二、设计步骤1. 建立模型首先需要建立pH中和反应的数学模型。
该模型应包括目标溶液的pH 值、酸碱溶液的投加量以及其他影响因素之间的关系。
常用的建模方法包括经验模型、物理模型和统计模型等。
2. 系统辨识通过实验或数据采集，获取系统输入输出信号，并进行系统辨识。
系统辨识可以通过参数估计方法或系统辨识算法进行，目的是获得准确的模型参数。
3. 设计控制策略根据建立的模型和系统辨识结果，设计适合该系统的控制策略。
在pH 中和反应前馈控制中，一般采用比例-积分-微分（PID）控制器来实现对酸碱溶液投加量的调节。
4. 参数调整根据实际情况和设计要求，对PID控制器的参数进行调整。
常用的参数调整方法包括经验法、试错法和优化算法等。
5. 实时控制将设计好的控制策略和参数应用于实际系统中，并进行实时控制。
在实时控制过程中，需要对系统状态进行监测，并根据反馈信号进行相应调整，以实现对目标溶液pH值的精确控制。
三、优缺点1. 优点（1）pH中和反应前馈控制可以实现对目标溶液pH值的精确控制，能够快速调节系统状态。
pH值控制系统
pH值控制系统污水回用处理的整个过程是复杂而又相当系统的一项工作，在这过程之中有液位、流量、压力等模拟参量需要控制，而且各种设备的工作任务非常多，整个处理过程具有随机性和时变性。
同时污水处理系统种对污水水质的处理要求越来越高，因此污水处理系统对控制要求越来越高。
标签：pH值；分析；控制；污水pH值是控制污水回用、排放的一个重要指标，在污水处理中对pH值进行有效的控制具有重要意义。
pH值是污水中最难控制的一个对象，主要是由于污水处理中的酸碱中和过程呈现严重非线性、滞后性以及不确定性。
目前对于模拟量的处理方法有传统开环控制及闭环控制（即所谓的PID控制）。
开环控制的准确性非常低，所以针对于污水处理中pH值在此项目中采用PID闭环控制方式进行处理。
1 pH中和过程分析在实际污水处理过程中，pH的中和过程是十分复杂的，一些学者基于物质守恒和化学平衡定律，提出了在连续搅拌反应釜系统（CSTR）中的pH中和过程的动态模型。
图1所示是一个典型的CSTR系统模型。
此系统中污水中酸碱的流量就是控制量。
pH变送器采集pH值，即污水处理环节出口的pH值。
经数据输入通道进入控制器，执行系统计算出相应的控制量数据，然后反馈给酸碱计量阀进行相应操作。
系统有两条控制量输出通道，如果污水呈酸性，控制器就会控制碱计量泵，向反应器中加入适当的碱溶液，直到溶液pH值满足要求为止；如果污水呈碱性，控制器就会控制酸计量泵，向反应器中加入适当的酸溶液，直到溶液pH值满足要求为止。
同时，系统采集的pH 值会传送至监控中心，监控中心可以随时查看反应器内pH值。
CSTR控制系统机理模型是建立在溶液完全混合，且处处等温的条件基础之上。
在实际应用当中，溶液所含成分以及反应器装置不同，都会导致实际pH中和过程呈现出复杂多变的特性。
在污水处理过程中，除已知特点污水来源类型外，污水的酸碱性在未知的情况下可能时而酸性时而碱性，具有波动性，因此针对这种情况需要酸性试剂和碱性试剂两种。
ph 中和过程pid控制课程设计
ph 中和过程pid控制课程设计PID控制是中和过程中常用的控制方法之一。
该控制方法利用比例、积分和微分三个控制参数，通过对被控对象进行反馈调节，使其输出与给定值尽可能接近。
在本文中，将介绍如何设计一个基于PID控制的PH中和过程的控制系统。
PH中和过程是指将酸性溶液与碱性溶液混合，通过控制pH值来实现酸碱中和的过程。
这是许多工业过程中常见的一种操作。
控制pH值的稳定性对于保证中和过程的效果至关重要。
在PID控制系统中，比例（P）、积分（I）和微分（D）三个参数起着重要的作用。
比例控制通过比较目标值与实际值的差异，对输出进行调整。
积分控制通过对误差的积分，对输出进行调整，以减少稳态误差。
微分控制则通过对误差的导数，对输出进行调整，以减少超调和震荡。
设计PH中和过程的PID控制系统时，首先需要确定三个参数的合适取值。
比例参数决定了响应的灵敏度，过大的比例参数可能会导致超调和震荡，过小则可能导致响应过慢。
积分参数决定了稳态误差的消除速度，过大的积分参数可能导致系统不稳定，过小则可能不能完全消除稳态误差。
微分参数决定了响应的平滑程度，过大的微分参数可能导致超调和震荡，过小则可能无法对系统的变化进行有效预测。
根据实际情况，可以通过实验和经验确定PID控制系统的参数。
一种常见的方法是通过试错法进行参数整定，先设置P、I和D的初值，然后根据实际系统的响应结果，逐步调整参数的大小，使系统的响应尽可能接近给定值。
在设计PID控制系统时，还需要考虑到系统的动态特性和稳态误差。
动态特性包括系统的响应速度、超调量和调整时程等。
稳态误差反映了系统输出与目标值之间的偏差。
通过合理调整PID控制系统的参数，可以实现系统的稳定性和准确性。
PID控制器的实现方式有多种，可以使用模拟电路、微处理器或者PLC等。
在实际应用中，通常使用计算机软件来实现PID控制器。
通过监测和控制系统的输入和输出，计算机可以实时地调整输出信号，从而实现对PH中和过程的控制。
内模PID控制污水PH的设计与应用
内模 PID控制污水 PH的设计与应用Apply and design on PH control of sewage by IMC PID1.内容摘要面对国内用水紧张以及水污染严重的现状，采取有效措施对污水进行处理已经成为亟待解决的难题。
污水处理涉及到多个复杂控制过程，PH值中和反应是其中非常重要的过程之一，PH值对其它出水指标有着重要影响，它的稳定控制将直接影响污水处理整个过程是否达标。
为此，报告中提出了PH值中和过程的内模PID的控制策略。
由于污水处理现场中和反应过程中，PH值的控制具有强非线性、大滞后性、不确定性以及鲁棒性差的特点，本文针对以往单闭环PID对PH值的控制品质存在不足，提出将内模控制策略应用在污水处理PH值中和过程，设计内模PID控制器来稳定调节PH值。
为了验证所设计控制器的可行性，利用软件仿真与实验，与常规的控制方式从多个方面进行分析对比，内模PID控制能够明显的改善被控对象的目标值跟踪特性，提高抑制干扰能力，系统的动态特性可以很好的满足。
即使发生模型失配，也能实现很好的控制。
并且能够减少参数调整的个数，结构设计上也算简单。
利用软件进行仿真与实验，结果表明，该方法可以更好的改善控制系统的性能。
1.正文1.内模PID算法1.内模控制的原理上世纪八十年代，Garcia和Morari两位学者经过长时间的研究复杂对象的控制过程，全面分析多变量、非线性、时变的对象模型，结合史密斯预估计控制策略，系统的向世人阐述了一种全新的控制方法，这就是内模控制方法。
依据被控对象的数学模型, 经过简单有效的设计步骤，就可以设计出针对实际被控对象的内模控制器，用该控制器对被控对象进行控制，可以提高系统动态变化的跟踪能力，获得良好的控制效果，实用性也特别强，同时对外界的强干扰也有很好的抑制效果。
虽然PID就能解决自动化生产中很多的控制问题，但常规的PID控制很难有效的控制具有非线性、大滞后性、多变量耦合的复杂系统。
如何实现PID技术在制浆造纸企业污水处理中对pH值的控制
如何实现PID技术在制浆造纸企业污水处理中对pH值的控制摘要：传统的酸碱中和手动调节存在自身难以解决的缺点，如难于找到合适加药量，造成中和剂浪费，手动控制安全可靠性差，工作效率低，很难满足实时控制的要求等。
因此，采用先进的PID自控技术取代人工调节是污水处理pH值控制系统当前发展的趋势。
本文先从理论上分析了PID控制的原理，然后结合制浆造纸企业南华纸业有限公司的情况、工艺流程，设计出了制浆造纸企业的一套PID控制pH值的系统。
关键词：pH值；酸碱中和；PIDAbstract: The traditional acid-base and manually adjust itself difficult to solve the shortcomings such as difficult to find the right dosage, resulting in the neutralizer waste manually control the security and reliability, low efficiency, it is difficult to meet the requirements of real-time control. Theoretically first analyzes the principle of PID control, and then combined with the South China Paper Industry Co., Ltd. in the pulp and paper companies, the process design of a PID control the pH of the system of the pulp and paper companies.Key words: pH value; acid-base; the PID中图分类号：TS7文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）06-0020-02一、前言随着工业的不断发展和城市人口的急剧增加，环境保护问题日益成为影响和制约人类社会发展的原因之一，大量工业和生活污水的处理问题受到越来越广泛的重视。
基于智能PID的废水处理pH值控制系统的设计
具有波动性，时而是酸性时而是碱性，因此针对这种情况需要两
种中和试剂：出口污水的流量变化，对于控制系统造成很大的扰
动； 污水的浓度变化几十倍以上， 也对系统的控制有很大的影
响；污水中所含的酸碱的成分是比较复杂的，这使得对象的反应
曲 线 很 难 确 定 ，特 别 是 在 pH 为 7 附 近 时 强 酸 、强 碱 或 弱 酸 、弱
本文以此为模型分析 pH 中和过程的机理。
图 1 中 参 数 含 义 为 ：F1－污 水 中 酸 （碱 ）)的 流 量 ；F2－中 和 剂 入流碱（酸）流量，即控制量 u（t）；C1－污水中酸（碱）的浓 度 ；C2－ 中 和 剂 入 流 碱 （酸 ）的 浓 度 ；Xa－流 出 酸 （碱 ）的 总 浓 度 ；Xb－ 流 出 碱 （酸 ）的 总 浓 度 ；V－ 反 应 池 容 积 。
型。 强酸选取盐酸（HCl），入流碱为强碱选取氢氧化钠（NaOH）。
由电中和条件：
＋
＋
－
－
［Na ］＋［H ］＝Cl ＋［OH ］
（5）
又由溶液电离得到离子平衡，如下所示：
2
＋
－
xb ＋［H ］＝xa ＋［OH ］
（6）
＋
－
－14
＋
又 ［H ］［OH ］＝10 ，pH＝－lg［H ］
（7）
所以得到模型的静态方程：
摘要 针对废水处理中 pH 值对象的非线性、时变性以及不确定性等特点，设计的废水处理 pH 值控制系统采用的一种基于 粒子群优化算法的智能 PID 控制方法，以 STM32 单片机作为处理器核心实现。 介绍了控制对象的特性、智能控制算法、系 统的工作原理、控制器设计实现方案，并给出了实验结果。 结果表明：该控制系统弥补了常规 pH 控制的不足，获得了更好 的控制效果，同时系统结构设计合理、成本低、实用性强，很好的满足了污水处理 pH 值自动化控制的要求。 关键词：废水处理，pH 值，粒子群算法（PSO），智能 PID，STM32 单片机
酸碱中和反应的自动化控制与监测
酸碱中和反应的自动化控制与监测酸碱中和反应是一种常见的化学反应，常用于实验室和工业生产中。
控制和监测酸碱中和反应的过程对于保证反应的准确性和效率至关重要。
随着自动化技术的发展，越来越多的自动化设备被应用于酸碱中和反应的控制与监测，以提高生产效率和质量。
本文将重点讨论酸碱中和反应的自动化控制与监测的原理、方法和应用。
一、自动化控制原理自动化控制是通过传感器、控制器和执行机构等装置，实现对反应过程的自动监测和控制。
在酸碱中和反应中，通过测量pH值和温度等参数，来判断反应的进行情况，并通过控制阀门、泵等控制装置，自动调整反应物的投入量和反应条件，使酸碱中和反应能够在理想的条件下进行。
二、自动化监测原理在酸碱中和反应中，通过采集传感器测得的数据，对反应过程进行监测。
其中，pH传感器是最常用的监测装置之一。
pH传感器能够实时测量溶液中的酸碱值，通过将其与设定的目标值进行比较，来判断酸碱中和反应是否达到要求。
此外，温度传感器也是自动化监测中的重要装置，可以测量反应液体的温度变化，帮助判断反应的进行情况。
三、自动化控制与监测方法1. pH控制方法：根据酸碱中和反应的需要，设置合适的目标pH值。
通过采集pH传感器测得的数值，与目标值进行比较，如果pH值偏离目标值，则通过控制阀门自动调整酸碱溶液的投入量或加入强酸强碱来实现控制。
2. 温度控制方法：根据不同反应的需求，设置合适的目标温度。
通过温度传感器实时监测反应温度变化，当温度偏离目标值时，自动控制加热或制冷设备来调整反应条件，以实现温度控制。
3. 自动添加反应物方法：根据反应的需要，通过液位传感器测量反应溶液的液位变化，当液位下降到一定程度时，自动控制泵或阀门向反应容器中添加适量的反应物，以保持反应的进行。
四、自动化控制与监测的应用1. 实验室应用：在实验室中，酸碱中和反应的自动化控制与监测可以提高实验准确性和效率。
通过自动化设备，使得实验过程能够稳定地进行，并实时监测反应变化，及时调整反应条件，为实验提供可靠的数据支持。
基于pH中和过程的模糊控制器设计与仿真_曾智刚
第30卷 第1期吉首大学学报(自然科学版)Vol.30 No.1 2009年1月Journ al of Jishou University (Natural Science Edition)J an.2009 文章编号:1007-2985(2009)01-0071-03基于pH 中和过程的模糊控制器设计与仿真*曾智刚(广东技术师范学院自动化学院,广东广州 510665)摘 要:化工中和过程中pH 值具有严重的非线性性,控制十分困难,模糊控制器能表现出迅速的响应和稳定性.笔者采用模糊控制器来控制这一复杂非线性过程,对pH 值中和过程进行了仿真,相比传统控制,能达到理想控制效果.关键词:pH 中和过程;模糊控制器;仿真中图分类号:T P273 文献标识码:A大量化工过程(如农药和医药生产,制皂,味精提炼,洗涤剂生产等)都需要对其化学反应过程中的pH 值进行控制.虽然关于pH 值的检测与控制并非一个新课题[1-3,7],但要取得良好效果也并非易事,原因在于酸碱中和反应中的pH 值变化通常呈非线性特性,以及反应过程一般在大容器中进行,从中和剂加入到pH 值变化所需时间很长,这一严重的非线性与时滞特性给pH 控制带来极大困难,不仅难以控制准确,而且还浪费大量中和剂.由于复杂工业对象PID 控制器不易满足高性能要求的缺点,笔者提出了一种模糊控制的方法,从而实现典型的pH 值控制,并利用MAT LAB 工具包进行了仿真.1 工业化工过程pH 值变化与控制特点图1 几种化学反应中pH 值的变化特性pH 值是酸碱中和反应中对溶液酸碱度的定义.在化工过程中,化学反应的pH 值变化都呈非线性特性,图1列举了几种常见的化学反应的pH 值变化特性.不难看到,在离中和点较远的曲线两侧pH 值变化缓慢,即由中和剂加入引起的pH 值变化很小,而在中和点附近pH 值变化灵敏,即少量中和剂的加入即可引起pH 值的极大变化.化工过程对pH 值的控制,经常采用加中和剂的方式来进行.若用一般控制方法,在反应的初始阶段会因中和剂加入不够、pH 值上升太慢而影响生产效率,而在接近工作点时又会因反应延时导致中和剂的过量加入,使pH 值上升太多而发生超调.2 控制系统设计与仿真2.1模糊控制器原理模糊控制器主要由以下4部分组成:模糊化、模糊推理、清晰化和知识库.模糊化的作用是将输入的精确量转换成模糊化量,并用相应的模糊集合来表示.模糊推理是模糊控制器的核心,它具有模拟人的基于模糊概念的推理能力,该推理过程是基于模糊逻辑中的蕴涵关系及推理规则来进行的.清晰化的作用是将*收稿日期:2008-12-02作者简介:曾智刚(1975-),男,湖北汉川人,广东技术师范学院自动化学院讲师,华南理工大学博士研究生,主要从事工业过程智能控制研究.模糊推理得到的控制量变换为实际用于控制的清晰量.知识库中包含了具体应用领域的知识和要求的控制目标,它通常由数据库和模糊控制规则库两部分组成.在模糊控制中,一般通过用一组语言描述的规则来表示专家的知识,专家知识通常具有如下的形式:IF(满足一组条件)TH EN(可以推出一组结论).图2 模糊控制器当论域为离散量时,经过量化后的输入量个数是有限的.可以针对输入情况的不同组合离线计算出相应的控制量,从而组成一张控制表,能够减少在线的运算量.这种模糊控制方法很容易满足实时控制的要求.在这种模糊控制结构中,通常用误差e 和误差的导数d e /d t 作为模糊控制器的输入量(见图2).[4-7]2.2控制模型的建立与仿真通过M atlab 使用Simulink 进行模糊控制器的设计,按照模糊控制器的设计步骤,先进行模糊化.因为在模糊化过程中采用的是7段式隶属函数,误差和误差变化率的模糊化过程相似.模糊化以后按照Mamdani 直接推理法进行模糊推理,因为Mamdani 直接推理法将模糊推理和清晰化合二为一,经过模糊推理之后直接可以做成模糊控制器,使用simulink 建立如图3所示模型结构.[8-9]图3 控制系统模型控制对象选取图1中最具代表性的a 曲线,可以通过3条直线段的分段函数描述该曲线,这样得到被控对象的传递函数[1-2]为G(s)=Ke -S s(T 1s +1)(T 2s +1),其中:T 1=0.1;T 2=10;S =0.02;K =1.该模糊控制采用二输入(E,CE )、一输出(U)的模式,其中E 表示被控量的设定值r 对其实际值y 的偏差e =r -y 所对应的模糊子集,CE 用来表示偏差变化率ce 的模糊子集,U 表示输出控制量u 的模糊子集.考虑到计算的复杂程度和系统灵敏度,各变量的隶属度函数曲线采用三角形,并分为7个模糊子集:负大、负中、负小、零、正小、正中、正大.为了便于计算,将各变量量化到[-6,+6]之间,其隶属度函数曲线如图4所示.根据该pH 值变化特点,实验中采用如表1所示模糊推理规则进行推理,得到模糊查询表.[10]为了达到理想的仿真效果,调整了相应的比例因子,最终取K e =1,K ec =0.1,K u =-0.68,在使用模糊控制器进行仿真时,在同一图中使用了PID 控制器作为效果对比.[11-12]图4 隶属度函 表1 模糊控制规则表pH 值中和过程对给定值的跟踪结果比较得到分析结果如图5所示.结果表明:当给定pH 值变化时,模糊控制器仍能保持良好的控制性能,且过渡时间短,说明模糊控制器具有较强的鲁棒性和较好的暂态响应.#72#吉首大学学报(自然科学版)第30卷在克服干扰方面,也对模糊控制器进行了分析(见图6),在通过改变系统中和液流量,仿真中通过改变被控对象传递函数中参数来实现,使系统产生变化的情况下,模糊控制器仍保持了良好的控制性能,对干扰的抑制能力较强,响应时间短控制稳定,模糊控制器的过渡过程响应快而且超调小,证明了模糊控制器在克服滞后方面相对于常规PID 控制器具有明显的优势.图5 pH 值中和过程对给定值的跟踪结果比较 图6 中和液流量发生扰动时系统的抗干扰性能比较3 结语仿真结果表明对于pH 过程这样难以控制的对象,采用带有模糊控制器的控制方法不仅能较好地处理中和过程的严重非线性和滞后性,使系统在给定值和负荷干扰下均能获得满意的控制品质,而且对过程参数的变化有较强的自适应能力,体现出了现代设计方法的优越性,该方案使用的控制结构和算法都比较简单,易于实现和推广,有一定的实用价值.参考文献:[1] 李 立,薛 薇.pH 过程的模糊控制仿真研究[J].自动化与仪器仪表,2004,115(5):5-7.[2] 薛 薇,叶 强.pH 过程的Fuzzy-PI 复合控制研究[J].石油化工自动化,2000(2):22-24.[3] 衷卫声,汪彬,王文海.鲁棒fuzzy-PID 在污水pH 值控制中的应用[J].环境污染治理技术与设备,2006,7(9):99-102.[4] 蔡自兴.模糊控制的典型结构[J].工业控制计算机,1997(3):1-4.[5] 倪远平.一种模糊控制器的实现方法[J].电子技术应用,1998(9):30-32.[6] 侯媛彬,杨学存.模糊控制器设计方法研究[J].西安科技学院学报,2003,23(4):448-450.[7] 芮执元,胡广平,冯瑞成.模糊控制理论在电解槽pH 值控制中的应用[J].控制与检测,2006(7):63-65.[8] 姚 莉.pH 过程的自动控制设计[J].黄冈职业技术学院学报,2007,9(3):94-96.[9] 白瑞林.基本模糊控制器的研究[J].天津轻工业学院学报,1995(1):38-42.[10] 殷云华,陈闽鄂,郑宾,李彬.基于M atlab 的模糊控制器设计及仿真[J].控制工程,2007,14(5):488-490.[11] 赫英歧.基于M AT LA B 的FU Z ZY-PID 参数优化与仿真[J].IT 技术,2006(2):15-16.[12] 曲富林,李 博.模糊控制器在温度控制中的应用[J].东北电力学院学,1996,16(3):85-88.Design and Simulation of Fuzzy -ControllerBased on pH Neutralization ProcessZEN G Zh-i gang(A utomatio n co llege of G uang do ng Po ly technic N or mal U niver sity ,Guangzhou 510665,China)Abstract:In neutralization process,pH neutralization m ight be very difficult to contr ol due to its hig hly no nlinear nature.A fuzzy -Contro ller can be used for controlling a broad r ange of uncer tain system s in the presence o f str ong distur bances,and still ex hibits ex cellent adaptability and robustness.T he paper ad -dress the pro blem of the utilization o f a fuzzy -contro ller for the abstract no nlinear process mentioned a -bov e.Simulatio n studies for pH neutralizatio n substantiate that the fuzzy controller can provide much better set -point tracking and distur bance rejection than traditional contr ollers.key words:pH neutralization process;fuzzy co ntroller;simulatio n (责任编辑 陈炳权)#73#第1期 曾智刚:基于pH 中和过程的模糊控制器设计与仿真。
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在过去几十年中，pH值一直被认为是工业工程控制中最难控制的变量之一，随着现代控制理论的不断发展，使得pH中和过程控制方面的研究工作取得了许多新的进展。特别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过程的控制[9,11,12]。pH中和过程的非线性突出表现为：在中和点附近灵敏度过高，而在远离中和点处灵敏度又很低。另外，pH过程具有较大的滞后性。国内外的研究认为直接的线性PID控制一般不适合pH的控制，因为传统的PID控制或者基于线性系统理论的先进控制技术的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中和过程控制中[9]。
众多的国内外学者对pH的控制问题进行了各种尝试和研究。McAvoy首先给出了pH动态数学模型，在该模型中假定CSTR(continuously stirred tank reactor)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中化学成分的浓度的动态变化，静态的非线性模型描述化学成分的化学平衡。这一模型得到了实验结果的验证，为pH值的控制问题的研究奠定了基础。目前，pH中和过程的控制方法主要包括传统的PID控制方法、智能控制方法等[9,11,12,13]。
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 description of the model to the pH of the mechanism andcounteract process of the acerbity and the alkali.Itintroduced the process of the trait of changes the in theneutralize of pH of the acerbity and the alkali，and introduced several control methods，including conventional PID control，compensation control，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 characteristics of the control of the pH of focusing on the use of non-linear of the theneutralize 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 means of parameters，given the control system block diagram.Make the matlab simulation and reach a conclusion.
1.1.2
pH值的控制问题是控制领域中的难题之一，因为pH中和过程是一个典型的非线性系统。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，加入试剂的微小变化都会引起pH值的很大变化，即随着溶液pH值的变化，pH值相对于加药量变化的增益也随之发生显著变化，非线性特性非常明显了。另外，实际中和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，就更增加了辨识和控制的难度。可见pH值中和过程的辨识和控制问题是一个非线性的纯滞后系统，如何处理纯滞后与非线性是解决这一问题的关键。
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值滴定曲线是非线性曲线，在中和反应过程中，不同的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，增加了控制过程的难度。为此pH值被公认为最难的控制变量之一。因此可以看出，不论是对生态环境而言，还是对工业生产而言，对pH值进行有效地控制都是至关重要的。
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，并进行Matlab仿真研究。
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，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1～4周
第5～8周
第9～12周
第13～16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
1.2
1.2.1
早在20世纪50年代，pH值控制就成为人们研究的对象。最初多采用常规的PID算法，但由于反应过程中，中和点附近的高增益使得常规的PID控制器参数调整非常困难，因为控制器只能采用很小的比例增益，否则系统不稳定；而比例增益过小，又使系统的动态特性变坏。为此，F G Shinskey在1973年用增益自适应的PI控制器来解决中和点附近的高增益这一难题，但只是应用分析化学的方法，针对某一典型的中和过程进行控制。R. Papa和X.Hu设计了模糊PI控制器，用模糊方法作为两个PI控制器的软开关，实质仍然属于PID控制，也没有从根本上解决中和点附近的高增益这一难题。由于模糊神经网络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的经验性知识，又具有神经元网络的根据输入输出样本来自动设计和调整模糊系统的设计参数，实现模糊系统的自学习和自适应功能的特性，有高度鲁棒性。将模糊神经网络模型用于pH值中和过程控制，将能取得良好的效果[9,11,12,13]。
Keywordstheneutralize of PH，nonlinear control，PID control，the feedback tuning of the relay
第
1.1
1.1.
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，PH>7，水是碱性的，pH<7，水是酸性的。
本科毕业设计（论文）
pH中和过程PID控制
刘飞飞
燕 山 大 学