[發明專利]用于消除PH值分析中儀非線性測量的控制方法

在審

• 申請號: 202011206853.2
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112327607A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 程曉亮
• 申請（專利權）人: 天津市英貝特航天科技有限公司
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42;G01N27/00
• 代理公司: 天津市尚文知識產權代理有限公司 12222
• 代理人: 徐楊陽

本發明公開了一種用于消除PH值分析中儀非線性測量的控制方法，包括以下步驟：測量TOC(k)值，并根據參考輸入信號計算偏差信號；根據偏差信號判斷控制器對應的增益區間；調用K_P、T_I、T_D、T_f的參數，計算K_D、K_I、α；根據PID參數、設定值使用微分先行PID控制和輸出限幅相結合的控制方法，分別計算比例項，積分項和微分項，得到輸出控制量，對PH值的非線性特性相補償。本發明采用分段式變增益調節算法，通過分段折線來近似其非線性特性曲線，即將值變化過程按照轉折點分為5個區段，不同的增益區控制采用不同的比例增益，使開環總增益為一個常數，最后與被控對象的非線性特性相補償，實現了對過程的最優控制。

技術領域

本發明涉及水質分析系統中的PH值分析技術領域，特別是涉及一種用于消除PH值分析中儀非線性測量的控制方法。

背景技術

二次供水作為高層用戶供水的“最后一公里”，由于其管理主體不明確，甚至存在無人管理的情況，很多管理單位難以保證二次供水設施的定期清洗消毒。此外，由于二次供水設施本身的特點，如設施材質、水的存放時間、外界環境條件和人為等多方面影響，極易產生二次污染，影響供水范圍內用水戶飲水安全。鑒于此種情況，在日常的生產和生活過程中，對水質狀況的實時分析是十分必要的。而PH值是溶液在線監控的重要指標之一，能夠準確的測量監控溶液的PH值，進而分析溶液的成分有著十分重要的意義。

雖然對pH值的檢測與控制并非一個新興課題，但要實現控制成本低，效果好卻絕非易事，究其原因，如前文所述，pH中和過程中pH值變化呈嚴重的非線性，這一嚴重的非線性給pH值的控制帶來很大的困難。國內對pH值控制方面的研究主要集中在pH值控制理論和先進控制算法的理論研究方面:楊翠容、張玉清等人在1997提出了基于模糊神經算法的pH值控制策略的智能pH值控制器，并進行了理論分析和數字仿真，但控制對象僅針對給定的中和反應過程，其算法復雜，無法在實際工程中得以實現；商建東、陳康寧針對農藥生產中的pH值控制問題，研究了一種基于專家知識庫的模糊pH值控制器，應用過程中需做大量實驗，收集大量經驗數據形成知識庫，控制對象變化需重新完成數據采集，適用性較差；至今，我國用于工業生產現場的PH值測控裝置大多仍是基于PLC或嵌入式單片機，通過簡單的單回路控制器，或結合串級控制與前饋控制算法，往往存在控制精度較低、結構復雜、穩定性較差等缺點。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的缺陷，提供一種控制方法去消除這種PH值測量過程中非線性的影響，并且易于實現。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

第一方面，本發明提供一種用于消除PH值分析中儀非線性測量的控制方法，包括以下步驟：

測量TOC(k)值，并根據參考輸入信號r(k)計算偏差信號e(k)；

根據偏差信號e(k)判斷控制器對應的增益區間；

調用控制器的K_P、T_I、T_D、T_f的參數，計算KD、KI、α，其中，K_P是控制器的比例系數，即比例增益，T_I是控制器的積分時間常數，T_D是控制器的微分時間常數；

根據PID參數、設定值使用微分先行PID控制和輸出限幅相結合的控制方法，分別計算比例項，積分項和微分項，得到輸出控制量u(k)，對PH值的非線性特性相補償。

其中，K_D＝K_pT_D/T,K_I＝K_pT_D/T，α＝T_f/(T+T_f)。