ph过程的动态特性及模糊模型的建立

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1、第14卷　第4期沈　阳　化　工　学　院　学　报Vol.14No.42000.12JOURNALOFSHENYANGINSTITUTEOFCHEMICALTECHNOLOGYDec.2000文章编号:1004-4639(2000)04-0296-06pH过程的动态特性及模糊模型的建立樊立萍,　宗学军,　袁德成(沈阳化工学院,辽宁沈阳110021)摘　要:pH的控制由于其高度非线性而被视为过程控制领域尚未完全解决的困难问题之一,利用各种建模手段认识pH过程的动态特征,是实现满意pH控制效果的基本前提.机理建模依赖工程师对pH过程的认识程度,而模糊辩识则在处理复杂非线性建

2、模方面有独到之处.本文根据化学与物料平衡原理,推导pH过程的动态模型,简要介绍模糊建模的方法以及在pH过程建模中的应用,得出仿真结果及进一步研究的内容.关键词:pH过程;　模糊模型;　机理建模;　模型推理系统;　知识提取中图分类号:N945.12文献标识码:ApH值的测量与控制在工业生产中非常普遍,如油脂化学工业中的酸碱中和、废水处理中1pH过程的机理建模的重金属回收、生化反应中的适当细胞生长环境等.pH过程由于其滴定曲线(静态特性)表现出1.1pH方程[1]显著的非线性而被视为测量与控制的难点.在pH过程中存在以下2类平衡关系:文献中有关pH过程的建模主要有以下3

3、种方(1)酸或碱溶液的电离平衡法:①根据化学反应机理及物料平衡关系,建立对于p价酸,化学平衡方程式如下:[2,3]pH过程的机理模型,这类模型对认识pH过一级电离方程程的特殊内在本质十分有益;②按维纳模型结-+HpAZHp-1A+H[4]构辨识pH过程特性,这类模型可直接用于构+-Ka1=[H][Hp-1A]/[HpA](1)[5]造非线性控制策略;③神经网络模型,由于神二级电离方程经网络有自学习功能,更能适应pH过程参数的-2-+Hp-1AZHp-2A+H时变性描述.+2--Ka2=[H][Hp-2A]/[Hp-1A](2)本文在仿真研究机理建模的基础上,探讨用…

4、模糊推理系统(FIS)建立pH过程动态模型的问p级电离方程题.针对某个工业对象采集到的实验数据,采用HA(p-1)-ZAp-+H+模糊模型结构[6],辨识FIS模型的结构与参数,+p-(p-1)-Kap=[H][A]/[HA](3)结果令人满意.对于典型的化工单元操作,从实其中Ka1、Ka2、⋯、Kap为对应的平衡常数.验数据中提取知识,更好地认识和理解这些特定同理对m价碱也可以写出化学平衡方程过程的特征,进而采取不同的控制策略对控制工式:程师尤为重要.一级电离方程:+-B(OH)mZB(OH)m-1+OH收稿日期:2000-05-08作者简介:樊立萍(1965-)

5、,女,山东淄博人,副教授,学士,主要从事电气技术及自动化理论的研究.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第4期　　　　　　　　　　　　樊立萍等:pH过程的动态特性及模糊模型的建立297+-Kb1=[B(OH)m-1][OH]/B(OH)m(4)其中Kb1、Kb2、⋯、Kbp为相应的电离平衡二级电离方程:常数.B(OH)+(OH)2+-(2)水的电解平衡m-1ZBm-2+OH2+-+H2OZH++OH-Kb2=[B(OH

6、)m-2][OH]/B(OH)m-1(5)…　　　电解常数K=[H+][OH-](7)Wm级电离方程:(3)溶液电中性方程m-1+m+-B(OH)ZB+OH溶液在任何时刻均呈现电中性状态.这个约m+-(m-1)+Kbm=[B][OH]/B(OH)(6)束关系可写成:AS-2-p-∑[Hp-1A]+2[Hp-2A]+⋯+pi[Ai]+[OH-]iii=1BS+2+m+∑[B(OH)m-1]+2[B(OH)m-2]+⋯+mi[Bi]+[H+](8)iii=1其中AS和BS分别是溶液中酸和碱的总种类其中ai()和xi定义如下:数.当i是酸时,xi是包含某类物质各价酸根根据

7、平衡方程(1)～(8)式,可推导出著名的的所有浓度之和;pH方程:n+++∑ai([H])xi+[H]-KW/[H]=0i=1(9)++p-1[H][H]ipi+(pi-1)+⋯+KapKa2Ka3⋯Kap-p-+iiiixi=[HpA]+[Hp-1A]+⋯+[A]ai([H])=++p-1+p(10)[H][H]i[H]i1++⋯++KapKa2Ka3⋯KapKa1Ka2⋯Kapiiiiiii注意对于强酸或强碱,有Kaji=∞.当i是碱时,xi是包含某类物质各价碱基的所有浓度之和;+m+xi=[B(OH)m]+[B(OH)m-1]+⋯+[B]+m-1m-1++