基于多模型切换的pH自适应控制研究

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pH值是溶液酸度标度的单位,在工业过程控制中重要的地位,许多化学工业中都存在着pH的测控问题。在这些过程中,将pH值控制在一定的范围内是非常重要的。但是由于其过程复杂,难以形成数学模型,具有高度非线性(本质非线性),过程增益在中和点附近极高(往往达到 103~105左右),以及对干扰非常敏感等原因使得pH控制被公认为最难控制的过程之一。 本文以多模型理论和自适应控制理论为基础,针对北京ATOFINA化学稳定剂工程连续搅拌釜(CSTR)pH控制中存在的问题,结合中和反应过程的机理,提出了用多模型自适应控制方案对连续搅拌釜中的pH值进行控制。本文通过对CSTR中和过程进行深入的研究与总结,提出的多模型自适应控制方案在验证过程中取得了良好的效果。针对中和反应过程严重非线性的特点,本文引入了强酸当量(Strong AcidEquivalent)的概念,分别对动态模型和静态模型进行严格的数学推导,把动态模型和静态模型相结合,得到了一个与中和过程机理模型等价的近似线性模型。在过程流的流量远大于中和流时该模型可等价为一个线性模型,简化了控制方案。针对中和过程扰动频繁、pH对扰动敏感的特点,本文提出用多模型来覆盖所有扰动的情况,采用一个自适应模型和多个固定模型作为子模型,用固定模型来加快系统的暂态响应过程,自适应模型消除其稳态误差。针对每个子模型设计相应的控制器,并给出了切换准则,最后对给出了该控制方案的稳定性分析。仿真结果表明,该方法辨识精度高,控制性能优良,跟踪能力强,能够很好的解决中和过程时变、非线性的等问题。
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