simulink的ph值控制系统设计与仿真(附件)【字数：10681】
指导教师 孙传峰 摘 要PH值的控制与生活中的方方面面都有着紧密的联系。在任何生产过程中我们需要将PH值严格控制在规定范围内，否则，就会造成原材料的过度浪费，生产无法继续进行。所以，对于PH值的控制需要我们特别注意。本文根据PH值控制过程体现出的非线性特征，运用分段折线法来表述其非线性特征展现出来的曲线，由于要显示PH值的非线性特性，因此，我们推出了分段式变增益PID控制法。并借助Matlab软件来模拟PH值的控制过程。相比常见的PID控制仿真来说，我们能够看出分段式变增益PID控制法不但可以处理PH值过程中存在的非线性问题，还可以改进系统的控制情况,提高系统的反抗干扰的能力，并通过simulink来设计PH值控制器，同时也进行了鲁棒性分析。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景和意义 1
1.2 研究目的 1
1.3 课题的研究动态及发展趋势 1
1.3.1 国外研究情况 1
1.3.2 国内研究情况 2
1.3.3 PH值控制系统的发展趋势 2
第二章 PH值的控制及研究 4
2.1 PID控制方法 4
2.1.1 PID的控制原理 4
2.1.2 数字PID控制算法 5
2.1.3 数字PID控制算法的改进 6
2.2 分段式变增益PID控制方法 7
2.3 PH值控制系统指标与参数整定 10
2.3.1 控制系统指标 10
2.3.2 参数整定 10
第三章 PH值控制系统 12
3.1 PH控制的特点 12
3.2 非线性调节器和三段式非线性调节器 13
3.3 PH值滴定曲线的一般情况 14
第四章 基于Simulink的系统仿真 15
4.1 Matlab简介 15
4.2 Simulink简介 15
4.3 Matlab系统仿真 15
结束语 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
/> 致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 选题背景和意义
在现代企业发展进程中，污水处理问题受到了各行各业的重视。一般情况下，化工业和造纸业等这些行业的工业污水PH值波动比较大，不好控制，这就使得自动化控制工业污水PH值的行业迅速发展了起来。在酸碱中和反应中，PH值显示出较强的非线性特性，这种反应一般发生在密封的容器里，这使得系统表现出了一定的滞后性，这中情况对PH值控制有很大的不良影响。在不同工作时间段内，因为PH值的曲线不是线性曲线，所以发生中和反应的过程中，增益会表现出很大的差别。
在发酵处理的过程中，对于微生物来说，PH值的环境很重要，可以促进微生物的生长。现代工业进行生产的时候，也都会严格处理PH值，例如造纸厂必须对废水进行严格处理，必须把废水中的PH值限定在7左右，这样才能达到生产要求。
本文通过收集和查看国内外有关基于Simulink的PH值控制系统设计与仿真方面的文献，对上述生产过程中涉及到PH值控制的问题进行了细致分析。
1.2 研究目的
当PH值出现波动时，PH值的变化比较慢；在PH值显示为中性的时候，也就是PH值在7左右，加入一丁点试剂就会让PH值发生很大的变化。其次，在酸碱反应中出现了测试、混合等滞后现象，而且滞后时间比较长，这使得人们在处理控制问题时更困难。因此，怎么处理非线性问题是PH值控制过程中最主要的部分，我们一定要解决这个问题。
对于PH 值的非线性特征，人们常用的方法是PID控制算法。然而PID控制算法对于反应快速变化过程无法做出准确反应，在进行控制的时候，经常出现振荡现象，不能保证对系统进行最佳控制。所以，本文分析了PH值控制的过程，并借助完善后的数字PID控制算法，推出一种分段式变增益PID控制算法，依靠MATLAB技术模拟了PH值控制系统的运作。
1.3 课题的研究动态及发展趋势
1.3.1 国外研究情况
国外大多数国家都时刻关注着PH值控制问题。因此，对我国来说这也是一个需要重视的问题，但是想要获得意想不到的控制效果并不容易。因为在酸碱反应中，PH值变化呈非线性特征。这种非线性是导致PH值控制发生问题的根源。
1983 年，国外一名著名专家深入分析了PH值中和过程出现非线性问题，并提出了控制策略，他把非线性控制器的发明归入了缓冲液的PH值中和过程中，并推出了 “输入输出修正线性化”法。同时为了预测缓冲液的变化，非线性控制器设计有两类结构，一种结构是参数直接估量，一种结构是参数间接估量，缺点是它的设计方式和算法太复杂。另一名学者对以无模型为基础的PH控制器和以有模型为基础的PH控制器进行了比较，其中涵盖带有最小方差估算器的控制器，带有模糊开关的PID控制器等，比较了两者的控制效果后，我们发现，带有模糊开关的PID控制器比较实用。
1.3.2 国内研究情况
在我国，这几年，有很多PH值控制的理论和应用方面的项目，这些项目使用的都是最新的控制法。1998 年，有位专家引入了一种以知识库为基础的智能化PH控制系统，还分析了这种系统在农业相关方面的应用，在控制过程中做实验后可获得经验数据。
近年来，我国研发成功的PH值测试器相继问世。到现在，我国广泛应用在工业中的PH值控制器，大部分硬件依然是以单片机为基础，使用单回路控制器，通过前馈控制来实现控制效果，但这样有着稳定性不高、结构复杂等众多缺点。
因此，PH值控制在发展初期，使用的都是传统PID控制算法，在反应过程中，中性点周围的增益比较高，导致传统PID控制器在调节参数的时候非常不便，因为控制器使用的是较小的比例增益，否则系统无法保证稳定性；但是比例增益太小，系统又无法保证动态性。这几年，伴随着智能控制方法的发展，部分专家尝试着把智能控制方法引入PH值的控制中。总结现有的控制方法，我们比较了这些算法的控制策略，见表11
表11 现有各种控制法
控制的策略
目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景和意义 1
1.2 研究目的 1
1.3 课题的研究动态及发展趋势 1
1.3.1 国外研究情况 1
1.3.2 国内研究情况 2
1.3.3 PH值控制系统的发展趋势 2
第二章 PH值的控制及研究 4
2.1 PID控制方法 4
2.1.1 PID的控制原理 4
2.1.2 数字PID控制算法 5
2.1.3 数字PID控制算法的改进 6
2.2 分段式变增益PID控制方法 7
2.3 PH值控制系统指标与参数整定 10
2.3.1 控制系统指标 10
2.3.2 参数整定 10
第三章 PH值控制系统 12
3.1 PH控制的特点 12
3.2 非线性调节器和三段式非线性调节器 13
3.3 PH值滴定曲线的一般情况 14
第四章 基于Simulink的系统仿真 15
4.1 Matlab简介 15
4.2 Simulink简介 15
4.3 Matlab系统仿真 15
结束语 27
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
/> 致 谢 28
参考文献 29
第一章 绪论
1.1 选题背景和意义
在现代企业发展进程中，污水处理问题受到了各行各业的重视。一般情况下，化工业和造纸业等这些行业的工业污水PH值波动比较大，不好控制，这就使得自动化控制工业污水PH值的行业迅速发展了起来。在酸碱中和反应中，PH值显示出较强的非线性特性，这种反应一般发生在密封的容器里，这使得系统表现出了一定的滞后性，这中情况对PH值控制有很大的不良影响。在不同工作时间段内，因为PH值的曲线不是线性曲线，所以发生中和反应的过程中，增益会表现出很大的差别。
在发酵处理的过程中，对于微生物来说，PH值的环境很重要，可以促进微生物的生长。现代工业进行生产的时候，也都会严格处理PH值，例如造纸厂必须对废水进行严格处理，必须把废水中的PH值限定在7左右，这样才能达到生产要求。
本文通过收集和查看国内外有关基于Simulink的PH值控制系统设计与仿真方面的文献，对上述生产过程中涉及到PH值控制的问题进行了细致分析。
1.2 研究目的
当PH值出现波动时，PH值的变化比较慢；在PH值显示为中性的时候，也就是PH值在7左右，加入一丁点试剂就会让PH值发生很大的变化。其次，在酸碱反应中出现了测试、混合等滞后现象，而且滞后时间比较长，这使得人们在处理控制问题时更困难。因此，怎么处理非线性问题是PH值控制过程中最主要的部分，我们一定要解决这个问题。
对于PH 值的非线性特征，人们常用的方法是PID控制算法。然而PID控制算法对于反应快速变化过程无法做出准确反应，在进行控制的时候，经常出现振荡现象，不能保证对系统进行最佳控制。所以，本文分析了PH值控制的过程，并借助完善后的数字PID控制算法，推出一种分段式变增益PID控制算法，依靠MATLAB技术模拟了PH值控制系统的运作。
1.3 课题的研究动态及发展趋势
1.3.1 国外研究情况
国外大多数国家都时刻关注着PH值控制问题。因此，对我国来说这也是一个需要重视的问题，但是想要获得意想不到的控制效果并不容易。因为在酸碱反应中，PH值变化呈非线性特征。这种非线性是导致PH值控制发生问题的根源。
1983 年，国外一名著名专家深入分析了PH值中和过程出现非线性问题，并提出了控制策略，他把非线性控制器的发明归入了缓冲液的PH值中和过程中，并推出了 “输入输出修正线性化”法。同时为了预测缓冲液的变化，非线性控制器设计有两类结构，一种结构是参数直接估量，一种结构是参数间接估量，缺点是它的设计方式和算法太复杂。另一名学者对以无模型为基础的PH控制器和以有模型为基础的PH控制器进行了比较，其中涵盖带有最小方差估算器的控制器，带有模糊开关的PID控制器等，比较了两者的控制效果后，我们发现，带有模糊开关的PID控制器比较实用。
1.3.2 国内研究情况
在我国，这几年，有很多PH值控制的理论和应用方面的项目，这些项目使用的都是最新的控制法。1998 年，有位专家引入了一种以知识库为基础的智能化PH控制系统，还分析了这种系统在农业相关方面的应用，在控制过程中做实验后可获得经验数据。
近年来，我国研发成功的PH值测试器相继问世。到现在，我国广泛应用在工业中的PH值控制器，大部分硬件依然是以单片机为基础，使用单回路控制器，通过前馈控制来实现控制效果，但这样有着稳定性不高、结构复杂等众多缺点。
因此，PH值控制在发展初期，使用的都是传统PID控制算法，在反应过程中，中性点周围的增益比较高，导致传统PID控制器在调节参数的时候非常不便，因为控制器使用的是较小的比例增益，否则系统无法保证稳定性；但是比例增益太小，系统又无法保证动态性。这几年，伴随着智能控制方法的发展，部分专家尝试着把智能控制方法引入PH值的控制中。总结现有的控制方法，我们比较了这些算法的控制策略，见表11
表11 现有各种控制法
控制的策略
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/682.html
