基于内模PID的污水处理pH值控制系统研究与应用

发布时间：2017-11-03 02:06

  本文关键词：基于内模PID的污水处理pH值控制系统研究与应用

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【摘要】：污水处理是缓解水资源紧缺和推进社会经济可持续发展的重要手段,pH中和反应作为污水处理的重要环节,其控制效果的好坏直接影响污水处理的最终效果。由于污水处理中和反应过程具有非线性、大时滞、强耦合的特点,实际生产过程中工况复杂,控制效果易受到反应物组分、温度等因素的干扰,使得pH值控制具有就很大的难度。因此,开展此项课题具有重要的理论意义和工程价值。本文以中和反应过程为对象,通过对反应过程机理的研究,阐述了污水处理生产过程的工艺特点,介绍了pH值控制技术的研究现状,分析了影响pH值控制的有关因素,在此基础上提出了基于内模PID控制的研究方案,并将其与工程实际中常用的PI控制方式进行仿真比较,验证了本文所设计控制方案的优越性。主要的研究内容如下:1.分析了中和反应过程中的化学机理,结合化学反应的电离平衡和物质守恒定律,以连续搅拌反应釜为对象,建立了pH中和反应的静态、动态模型,论证了中和反应过程的基本特性,总结了pH值的影响因素。2.系统性地研究了内模控制策略,描述了内模控制策略的基本特性,仿真并分析了内模控制策略的动态跟踪特性。针对污水处理过程中的pH中和反应,设计了基于内模PID的控制方案,利用Matlab软件,仿真分析了IMC-PID控制方案的控制效果。3.将本文的控制方案运用至马钢热电总厂灰坝回水控制系统项目之中,进行了有关硬件的配置、选型和控制系统的设计开发,搭建了两级计算机系统的控制架构,较好地满足了现场工况的要求。
【关键词】：污水处理 pH中和反应 内模控制策略 工控组态
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景9
• 1.2 污水处理pH值控制国内外研究现状9-13
• 1.2.1 国外研究现状10-11
• 1.2.2 国内研究现状11-12
• 1.2.3 污水处理pH值控制的发展趋势12-13
• 1.3 内模控制策略研究的现状与发展13-14
• 1.4 论文主要研究内容及任务安排14-15
• 第二章 污水处理pH值控制工艺分析15-22
• 2.1 火力发电污水处理工艺介绍15-16
• 2.2 pH值参数16-17
• 2.3 pH值控制模型17-20
• 2.3.1 静态数学模型17-19
• 2.3.2 动态数学模型19-20
• 2.4 pH中和反应特性分析20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 内模PID控制算法设计22-38
• 3.1 内模控制原理23-26
• 3.1.1 内模控制的结构23-25
• 3.1.2 内模控制的特性25-26
• 3.2 内模PID控制器的设计26-31
• 3.2.1 过程模型的分解27
• 3.2.2 IMC控制器设计27-29
• 3.2.3 内模PID控制器参数的整定29-31
• 3.3 内模控制算法仿真分析31-37
• 3.3.1 一阶纯滞后过程的IMC仿真31-34
• 3.3.2 二阶纯滞后过程的IMC仿真34-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第四章 中和反应pH值控制策略设计与仿真38-50
• 4.1 系统模型概述38-39
• 4.1.1 系统建模的作用38
• 4.1.2 系统建模的分类38-39
• 4.2 中和反应pH控制对象模型的建立与分析39-43
• 4.2.1 中和反应仿真对象建立39-42
• 4.2.2 中和反应pH控制策略设计42
• 4.2.3 中和反应pH值控制系统的IMC-PID算法42-43
• 4.3 中和反应pH控制系统仿真分析43-48
• 4.3.1 控制系统在干扰下的响应45-46
• 4.3.2 控制对象模型失配下的变化响应46-47
• 4.3.3 内部模型失配下的变化响应47-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 污水处理系统的自动化控制方案设计50-64
• 5.1 控制系统的设计要求50
• 5.2 控制系统的硬件设计50-56
• 5.2.1 硬件结构50-52
• 5.2.2 PLC硬件组态52-56
• 5.3 控制系统的软件设计56-59
• 5.4 控制系统监控画面设计59-61
• 5.4.1 软件功能描述59-60
• 5.4.2 上位机画面设计60-61
• 5.5 控制系统的工程运用61-63
• 5.6 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 工作总结64
• 6.2 研究展望64-66
• 参考文献66-69
• 附录A 插图清单69-71
• 附录B 表格清单71-72
• 附录C 部分系统建模数据72-73
• 致谢73

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本文编号：1134148