铁红中和氧化槽pH值平衡控制系统的研究

摘要

钛黄粉生产过程会产生大量的废液,如果处理不当将严重污染环境。本文所讨论的工艺中,钛黄粉生产车间的废液主要成分是HCl和FeCl3,将废液与氨水进行中和反应,生成Fe(OH)3,它是铁红粉的生产原料,中和反应后的废液经过简单处理可达到排放要求。因此中和反应过程消除了废液对环境的污染,同时生成了副产品铁红的生产原料。既达到了环保要求,又提高了企业效益。实验证明中和反应的pH值在5左右Fe(OH)3的沉淀质量最好,过高或过低不仅会影响沉淀质量,严重的会使整个生产过程无法进行。因此本文致力于研究中和反应过程的pH值控制。
　　 针对中和反应过程的严重非线性和时滞性等特点,通过酸碱滴定量的机理将中和反应过程近似成线性模型,面向该模型提出了含有扰动抑制控制器的Smith自适应控制方案对pH值进行控制。
　　 Smith预估控制器是解决时滞系统最有效的方法,但是常规的Smith预估控制器对模型十分敏感,一旦模型失配将严重影响控制性能。针对模型失配提出了将Smith预估控制与模型参考自适应相结合的Smith自适应控制系统,并考虑到实际系统可能出现的扰动,设计了扰动抑制控制器。仿真结果表明带有扰动抑制控制器的Smith自适应控制器模型失配下具有很好的控制效果,并且能够很好的消除干扰对系统的影响。
　　 针对抗扰Smith自适应预估控制器研制了基于TMS320F2812型DSP的中和氧化槽pH值控制系统。硬件实现主要包括控制器的选型、检测机构及执行机构的电路设计。软件实现主要考虑数据采集、控制算法的实现以及监控界面的设计。通过整体设计对铁红中和氧化槽pH值进行监控和调节。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究背景及意义

1.3 生产工艺介绍

1.4 课题研究目的

1.5 中和过程pH值控制研究概况

1.6 本文主要研究内容与章节安排

第二章 铁红中和氧化槽中和过程机理及建模

2.1 中和过程特性分析

2.1.1 中和过程pH特性

2.1.2 中和过程pH值的测量原理

2.2 铁红中和氧化槽中和过程模型的建立

2.2.1 中和过程的静态特性

2.2.2 中和过程的动态特性

2.2.3 铁红中和过程的等价一阶模型

2.3 本章小结

第三章 铁红中和氧化槽pH值平衡控制算法的研究

3.1 时滞Smith预估控制器

3.1.1 常规Smith预估控制原理

3.1.2 改进的Smith预估控制

3.2 模型参考自适应控制

3.2.1 自适应控制

3.2.2 模型参考自适应控制

3.2.3 模型参考自适应中Lyapunov稳定理论的应用

3.3 基于Smith自适应辨识的pH值控制器的设计

3.3.1 时滞环节的线性化

3.3.2 基于Lyapunov稳定性理论设计Smith自适应律

3.3.3 抗扰Smith自适应控制器的研究

3.4 本章小结

第四章 铁红中和氧化槽pH值控制系统仿真分析

4.1 仿真工具介绍

4.2 中和过程对象模型描述

4.3 传统PID控制器与Smith预估控制器仿真比较

4.4 常规Smith预估控制器与Smith自适应控制器的仿真比较

4.5 有干扰信号的仿真分析

4.6 本章小结

第五章 铁红中和氧化槽pH值平衡控制系统的实现

5.1 铁红中和氧化槽pH值平衡控制系统硬件结构设计

5.1.1 控制器的选择

5.1.2 检测机构

5.1.3 执行机构

5.2 铁红中和氧化槽pH值平衡控制系统软件实现

5.2.1 软件程序流程设计

5.2.2 监控画面设计

5.3 运行结果分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间的主要研究成果