基于滑?？刂频膒H中和過程的控制研究.pdf

1、pH中和過程廣泛存在于化工、發(fā)電、污水處理等重要領(lǐng)域中，因為其具有強(qiáng)非線性、時變性、大時滯等復(fù)雜過程的典型特點，在控制界和工程界都一直被認(rèn)為是最具挑戰(zhàn)的難題之一。早在上世紀(jì)五十年代，就已經(jīng)有大量文獻(xiàn)對pH中和過程建模問題和控制問題提出了討論。由于pH中和過程的模型比較復(fù)雜，且非線性控制器的設(shè)計存在一定困難性，對pH中和過程的研究并沒有被系統(tǒng)化，目前針對pH中和過程的控制方法有很多種，每種方法都各有其優(yōu)點，但也普遍存在如魯棒性差、實時性差

2、、算法復(fù)雜等缺陷，需要加以改進(jìn)。因此，對pH中和過程的控制方法進(jìn)行研究是具有理論價值和實際價值的。
　　本文在大量查閱了pH中和過程建模和控制的相關(guān)文獻(xiàn)后，首先對pH基本概念、中和反應(yīng)機(jī)理及pH控制問題難點做了詳細(xì)介紹，并且給出了兩種典型的pH中和過程模型的推導(dǎo)步驟，本文對pH中和過程控制的討論是基于這兩個模型的。
　　其次，本文基于滑模變結(jié)構(gòu)控制(SMC)原理，針對滑模變結(jié)構(gòu)控制中存在信號抖振、滑模面設(shè)計依賴系統(tǒng)狀態(tài)的缺點

3、，提出使用回路傳遞函數(shù)恢復(fù)方法(LTR)來設(shè)計系統(tǒng)狀態(tài)觀測器，該方法設(shè)計的滑動觀測器對外部干擾以及系統(tǒng)攝動具有完全不變性，可以有效削弱滑模抖振以及對狀態(tài)的依賴，為之后對pH中和過程控制的研究奠定基礎(chǔ)。仿真結(jié)果證明所設(shè)計的控制器具有很好的快速性和魯棒性，系統(tǒng)很快穩(wěn)定。
　　再次，本文以一種典型的pH中和過程的降階線性模型為研究對象，設(shè)計了一種改進(jìn)的滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)。針對pH中和過程中存在的時滯問題，通過引入一個非奇異線性變換，消除

4、了系統(tǒng)的時滯;而針對滑模變結(jié)構(gòu)方法中存在的兩個缺點，設(shè)計了兩個觀測器，一個用來消除滑?？刂茖ο到y(tǒng)狀態(tài)的依賴，另一個用來估計動態(tài)滑模控制(DSMC)方法中難以估計的滑模變量，消除系統(tǒng)的抖振。并通過仿真說明了該控制方法的快速性及魯棒性。
　　最后，本文以一種典型的pH中和過程非線性模型為研究對象，設(shè)計出基于回路傳遞函數(shù)恢復(fù)方法和滑模變結(jié)構(gòu)控制將相結(jié)合的控制，并對控制器進(jìn)行了穩(wěn)定性分析。該方法首先對過程對象在平衡點附近進(jìn)行線性化處理，解