pH中和过程PID控制

I本科毕业设计（论文）pH中和过程PID控制刘飞飞燕山大学2009年6月II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I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，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I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；继电器反馈整定燕山大学本科生毕业设计（论文）IIAbstractPHinthecourseoftheprocessofindustrialproductionisverycommon，alargenumberofchemicalprocessesrequireachemicalreactiontoitspHvalueintheprocessofcontrol.Itiswidelyusedintheirchemical，biologicaltechnology，sewagetreatment，powergenerationindustry，itisveryimportanttocontralthisprocess.AsthepHofthehighlynonlinearprocessandthelaghasbeendifficulttocontroltheindustry.ThecontrolofPHinthechemicalproductionprocessisnoteasy.ThispaperanalysistheproblemanddoasimpledescriptionofthemodeltothepHofthemechanismandcounteractprocessoftheacerbityandthealkali.ItintroducedtheprocessofthetraitofchangestheintheneutralizeofpHoftheacerbityandthealkali，andintroducedseveralcontrolmethods，includingconventionalPIDcontrol，compensationcontrol，aswellasmoreadvancedmethodsofintelligentcontrol.ThispaperanalyzesthecurvesofthepHofthenon-linearcharacteristics，anddescribestheoryandmethodsoftheprocessinrecentyearsthecontrolofthepHappliedtononlinearcontrol，andtheninaccordancewiththecharacteristicsofthecontrolofthepHoffocusingontheuseofnon-linearofthetheneutralizeprocessofPHofthePIDcontroldesign.Thisdesigncandealwiththeprocessofthenon-linearpHbetter.AswellasthroughtheautomatictuningmethodoftherelayofPIDcontrollertochangethewaysandmeansofparameters，giventhecontrolsystemblockdiagram.Makethematlabsimulationandreachaconclusion.KeywordstheneutralizeofPH，nonlinearcontrol，PIDcontrol，thefeedbacktuningoftherelayIII目录摘要.......................................................................................................................IAbstract................................................................................................................II第1章绪论......................................................................................................11.1PH中和过程PID控制的概述...........................................................11.1.1课题背景和研究意义..................................................................11.1.2PH中和过程控制的研究现状及主要的成果............................21.2PH中和过程控制方法及发展历程....................................................31.2.1PH控制方法发展历程................................................................31.2.2PH中和过程控制方法................................................................3第2章PID控制器参数的自整定方法..........................................................92.1PID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..................................162.3PID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................................................................333.1PH中和过程......................................................................................333.1.1pH中和过程的滴定曲线..........................................................333.1.2pH中和过程的动态模型..........................................................343.2PID控制器的设计............................................................................363.2.1pH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1...............................................................