pH值控制方法研究及其控制器的设计

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1、西安科技大学硕士学位论文pH值控制方法研究及其控制器的设计姓名：郭红霞申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：王再英20080415翥士兰：篓：薹术与自动化装置。签名，三鎏盟硕士生：郭红霞(签名)移[垒2黧!一指导教师：王再英(签名)三。咝摘要pH值控制过程广泛存在于石油、化工、制药、造纸、废水处理及给水处理中，在工业生产中必须使pH值严格控制在特定范围内，否则可能会造成产品质量下降，原料浪费，生产不艉颓剩进行，经济效益下降，甚至造成环境污染，因此将pn值控制在一定的范围内有着非常重要的意义。本文首先分析了pH控制过程的机理模型和实际的控制要求，建立

2、了静态模型和动态模型，褥出了pn值过程的j≥线性特性盏线。然惹根据p珏值过程的菲线性特点，采用分段折线来近似萁非线性特性曲线，设计了分段式变增益PID控制算法以补偿pH值过程的非线性。并应用Matlab软件对pH控制过程进行了仿真，与常规的PID控制进行了仿真对比，结果表明，分段式变增益PID控制方法解决了p8值过程的非线性问题，同时使系统的控制效果明显改善，上舞时阀、稳定时闻显著缩短，超调减小，系统的抗干扰性能也得到提高，实现了pH值过程的优化控制。最后，基于AT89S51单片机设计了pH值控制器，完成了软硬件设计，实现了数据采集、数据处理、数据显示、键盘控制等

3、功能。通过对所研制控制器的测试，验证了所设计的算法的可行性，为今后对pH值控制系统的改进提供了一种新的设计思路。关键词：pH值；过程控制；非线性；交增益；PID控制；单片机研究类型g应用研究Subject：StudyingonpHControlMethodandDesignoftheControllerSpecialty：DetectionTechnologyandAutomaticName：GuoHongxiaInstructor：WangZaiyingAj8ISTRACT(SiTheprocessofpHcontrolisappliedinmanyindust

4、riesincludingpetroleum，chemicalindustry,medicinemaking，papermaking，wastewatertreatmentandwatersupply．ItisveryimportanttomakethepHvalueinacertainrange，orelseitmaydebasethequality,wastethematerial，blocktheproductionandbringthepollution．Therefore，pHcontrolissignificant．Firstly,themechani

5、smmodelofthepHcontrolandtheactualcontrolareanalyzed，andthestaticmodelandthedynamicmodelareestablished．Onthebasis，thepHcharacteristiccurveisgot．Secondly,accordingtonon-linearcharacteristicsofpHvalue’Sprocess，foldlinesareusedtosirnulatenon．1inearcurves．BasedonadvancedPIDcontrolalgorithm

6、，akindofvariablegainPIDcontrolalgorithmofseparate—segmentisdesignedtocompensatefornon-linearcharacteristicsofpHvalue’Sprocess。pHvalue’ScontrolprocessissimulatedbyusingMatlab．andthegeneralPIDcontrolalgorithmiscompared研thit．ItisturnedoutthatthedesignedmethodCansolvethenon-linearproblemo

7、fpHvalue’Sprocess，andthatthecontroleffectissatisfactory．Therefore，optimizedcontrolisrealized。Atlast，acontrollerofpHvalueiSdesignedbasedontheMCUofAT89S51．Softwareandhardwarearedesigned，andthecontrollerrealizessomefunctionssuchasdatacollection，dataprocessing，datadisplay,keyboardscanning

8、andSO