【正文】 ∈ ( 0, 2) , ??, 是權(quán)重因子 ,? 是充分小的正數(shù) , )1(~? 是 )(~k? 的初值。 由于上述控制方案比傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制方案在線調(diào)整參數(shù)少 , 計(jì)算量小 , 系統(tǒng)偽偏導(dǎo)數(shù)是唯一在線調(diào)整的參數(shù) , 因此能適應(yīng)系統(tǒng)快速性要求 , 且易于實(shí)現(xiàn)。 PH 值控制中的仿真研究及性能分析 pH 值是酸堿中和反應(yīng)中對(duì)溶液酸堿度的定義 ,中和反應(yīng)過(guò)程是將酸溶液、堿溶液和緩沖劑混合在一個(gè)固定體積的容器中，系統(tǒng)的輸入是堿的流速 )(tu 、緩沖劑流速 )(t? 和酸的流速 )(tF ,系統(tǒng)的輸出是排出溶液的 pH 值 )(ty 。假設(shè)酸的流速)(tF 和容器的體積 V是固定不變的 , 通常最終目的是通過(guò)控制堿的流速來(lái)控制排出溶液的 pH 值。不可測(cè)得的緩沖劑流速 )(t? 可以作為系統(tǒng)的干擾來(lái)處理。 pH 較低或較高時(shí) , 變化非常緩慢 , 而在接近中性時(shí) , 即 pH 在 7 左右時(shí) , 添加的中和劑稍有變化 , 就能引起 pH值較大幅度的變化。又由于反應(yīng)過(guò)程一般在大容器中進(jìn)行 , 從中和劑加入到 pH 值變化需要時(shí)間較長(zhǎng) , 這一嚴(yán)重的非線性與時(shí)滯特性給 pH 值控制帶來(lái)極大的困難 , 不僅難以控制準(zhǔn)確 , 而且還浪費(fèi)大量中和劑。本文通過(guò)基于緊格式線性化的無(wú)模型學(xué)習(xí)自適應(yīng)控 (MFLAC) 方法在 pH 值控制中的應(yīng)用研究 , 分析當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)變化時(shí) , 系統(tǒng)的輸出對(duì)給定期望值的跟蹤情況 , 證明此控制方法在酸堿中和反應(yīng)過(guò)程中應(yīng)用的魯棒性、快速性等。 PH 值控制系統(tǒng)模型 實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的中和反應(yīng)過(guò)程是非常復(fù)雜的 , 這里考慮的被控對(duì)象選用通用化非線性動(dòng)態(tài)模型如下： 28 ))()(())()(()(\)( 111 tybtutyatFtdtVd ???? （ 8） wtyty Kty )()(1 1010)( ?? ? （ 9） 其中 1410??wK 是水平衡常數(shù) 。 )(1ty 為溶液的濃度 , 定義為)(*][][)(1 tyOHHty ?? ?? 為輸出溶液的 pH 值。被控對(duì)象的近似離散化模型表示為 : )1(\)(\)()(\)()()\)(1()1( 111 ???????? tVta T FVtutTyVtb T utyVtTFty ? （ 10） 式中 ,V為反應(yīng)容器的容積 ,單位為 L。 )(tF 為酸的流量 ,單位為 L/min。 )(tu 為堿的流量 ,單位為 L/min。 a為酸的濃度 ,單位為 mol/L。 b為堿的濃度 ,單位為 mol/L。 T 為采樣周期 ,單位為 min。 )(t? 為緩沖劑的流量 , 這里作為系統(tǒng)的干擾輸入信號(hào)。由(2)式解得輸出溶液的 pH 值為 : ww KKtytyty 2\)4)()(l g ()( 11 ???? （ 11） 由上述方程可知由 )(1ty 到 )(ty 的變化導(dǎo)致了嚴(yán)重的非線性 。 仿真研究及穩(wěn)定性分析 至此 ,pH 值的非線性時(shí)變系統(tǒng) , 通過(guò) (4)式的控制率來(lái)控制 。 偽偏導(dǎo)數(shù)通過(guò) (6) 式根據(jù) pH值控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的輸入輸出信息 (8)至 ( 11)式在線估計(jì) ,通過(guò)仿真取得了好的過(guò)程響應(yīng) 。 所給出的被控對(duì)象動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型僅用于受控系統(tǒng) I/O 數(shù)據(jù)的產(chǎn)生 ,不參加控制器的設(shè)計(jì) 。 因此即使系統(tǒng)自身參數(shù)發(fā)生變化 ,對(duì)控制器并無(wú)影響。系統(tǒng)的參數(shù)選擇為 : a=, b=, V=2L, T=1min, )(tF = 5L/min。仿真初值設(shè)為 29 0 0 0 0 )2()1( ?? uu , 1)3()2()1( ??? yyy , 2)2()1( ???? , 重設(shè)值時(shí)取為 , ? = 01, 步長(zhǎng)序列 k? =1, k? =, 采 樣周期取為 1min。如果設(shè)置權(quán)重常數(shù) ? =1,? =500 000,Matlab 下的仿真結(jié)果 如圖 , 具有好的控制效果和非常小的跟蹤誤差。系統(tǒng)穩(wěn)定性好 。 圖 181。=1，λ =500 000時(shí) PH值 響 應(yīng)特性 當(dāng)設(shè)置權(quán)重常數(shù) ? =1,? 500 000 后 , 雖然超調(diào)可減小 , 但延時(shí)加大 , 且? 越大延時(shí)越大 ,? 300 000 后 ,延時(shí)減小 ， 但超調(diào)增大 ， 當(dāng) ? 21 000 后 , 系統(tǒng)開始不穩(wěn)定 , 由此可見 ,? 的調(diào)節(jié)范圍很寬 , 從 21 000 到 1 000 000 內(nèi)可調(diào)。 在第 1 000個(gè)采樣點(diǎn)時(shí) , pH 設(shè)定值由 7變?yōu)?8,系統(tǒng)能夠很快地達(dá)到穩(wěn)態(tài) ,響應(yīng)曲線 30 如圖 所示。 圖 181。=1，λ =500 000時(shí)改變 PH設(shè)定值后系統(tǒng)的響應(yīng)特性 對(duì)系統(tǒng)加入方差為 ,只要稍微的調(diào)節(jié)參數(shù) ? 就可得到如圖 所示的好的控制效果 。 由于 ? 是關(guān)于參數(shù)估計(jì)變化量的懲罰因子 ,可以限制非線性直線電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行線性替代的范圍。 ? 限制了控制量的變化 ,因此可以間接限制偽偏導(dǎo)數(shù)值的變化。從以上仿真結(jié)果可知 , 當(dāng)適當(dāng)?shù)倪x取權(quán)重常數(shù) ? 、 ? ,可以改變系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性 ,使無(wú) 模型學(xué)習(xí)自適應(yīng)控制在 pH 值控制中的控制效果達(dá)到很好。為了演示本文方法的優(yōu)越性 ,應(yīng)用經(jīng)典的 PID 控制技術(shù)進(jìn)行了仿真以便與本文所述方案進(jìn)行比較。控制結(jié)果的比較見圖 所示。其中 PID 的參數(shù)為?pK ， , ?? di KK ,已調(diào)整到最佳。從仿真結(jié)果可知 PID 控制響應(yīng)速度較慢 ,有較大的時(shí)滯 ,另外 ,PID 參數(shù)調(diào)整非常的麻煩 ,須特別小心 ,稍微的變化都有可能使控制效果不好 ,產(chǎn)生震蕩 ,甚至失穩(wěn)。 31 圖 181。=1， 系統(tǒng)加入干擾后，調(diào)節(jié) λ =700 000時(shí) 時(shí)的 PH的 響應(yīng)特性 圖 PID控制結(jié)果比較 在本文中 ,將基于緊格式線性化的無(wú)模型學(xué)習(xí)自適應(yīng)控制方法應(yīng)用在 pH 值控制中 ,該算法能對(duì)大時(shí)滯、強(qiáng)非線性的 pH值進(jìn)行有效控制 ,而且響應(yīng)速度快、算法 32 簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn) ,得到了很好的控制效果。所設(shè)計(jì)的控制器是無(wú)模型的 ,只需從 I/O數(shù)據(jù)在線導(dǎo)出偽偏導(dǎo)數(shù) ( PPD) 。閉環(huán)響應(yīng)和魯棒性可以由適當(dāng)?shù)倪x取權(quán)重常數(shù)來(lái)折中 ,由于無(wú)模型學(xué)習(xí)自適應(yīng)控制方案中系統(tǒng)偽偏導(dǎo)數(shù)是唯一在線調(diào)整的參數(shù) ,比傳統(tǒng)的自適應(yīng)控制方案在線調(diào)整參數(shù)少、計(jì)算量小、易于實(shí)現(xiàn) , 能適應(yīng)系統(tǒng)的快速性需求 。 PH 值的 控制目標(biāo) 該控制將達(dá)到以下控制目標(biāo)： （ 1）將污水排放 pH 值控制在 ～ 之間，使污水排放控制在合格的范圍內(nèi)，防止污水排放超標(biāo)，穩(wěn)定生產(chǎn)； （ 2）減少控制系統(tǒng)的超調(diào)量，減少中和酸的注入量，達(dá)到節(jié)能降耗的目的； （ 3）增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾能力，使系統(tǒng)即使在大的干擾出現(xiàn)的時(shí)候，仍然能夠保持穩(wěn)定，且能夠快速收斂。 系統(tǒng)投運(yùn)后的效果 正常狀況下污水處理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)排放，排放值為 pH 177。 。在控制過(guò)程中，控制器始終處于自動(dòng)狀態(tài)，具有較強(qiáng) 的魯棒性。 系統(tǒng)運(yùn)行曲線如圖 所示 。 圖 PH值變化曲線 33 第 5 章 總結(jié) 大學(xué)最后的任務(wù)即將完成，通過(guò)這次時(shí)達(dá)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我在思考問(wèn)題上有了很大的變化，而以前知識(shí)點(diǎn)都是比較零散的，但這次畢業(yè)設(shè)計(jì)后，把大學(xué)中所學(xué)的東西都串聯(lián)起來(lái)了。從一個(gè)只是學(xué)習(xí)書本上知識(shí)的“書呆子”變成了能比較靈活運(yùn)用知識(shí)點(diǎn)的大學(xué)生。這次設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)非常有意義。 本文設(shè)計(jì)的是 一個(gè)基于無(wú)模型控制的 污水處理系統(tǒng)。在工藝方面采用了序批式活性污泥法（ SBR），控制方面選用 無(wú)模型控制器。設(shè)計(jì)主要包括電氣控制設(shè)計(jì)、軟件設(shè) 計(jì)以 PH 值的無(wú)模型控制 部分的設(shè)計(jì)。 由于時(shí)間的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)還存在一些需要改進(jìn)的地方。 比如無(wú)模型控制部分還存在欠缺， PH 值的變化曲線不是很精確等問(wèn)題。 從這次設(shè)計(jì)中，我有了很深的體會(huì)，任何事情都不是一蹴而就的，都需要付出很艱辛的努力。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 學(xué)到了很多知識(shí)， 我相信在以后的學(xué)習(xí)和工作過(guò)程中，一定可以好好的解決問(wèn)題，提高自己的能力，較快的適應(yīng)工作和社會(huì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)。 34 參考文獻(xiàn) [1] 凡斯 .凡多倫 ，無(wú)模型自適應(yīng)控制 —— 新的自適應(yīng)控制技術(shù)接受各種控制的挑戰(zhàn)，世界儀表與自動(dòng)化， 2021,6 [2] 俞寧 . 城市污水處理廠工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行 .新鄉(xiāng)市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站， [3] 王琦，劉創(chuàng)喜，劉陽(yáng) .環(huán)境污水處理廠能耗優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型建立 . 沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院清沽能源 (聯(lián)合 )實(shí)驗(yàn)室， [4] 余建聞 .關(guān)于城市污水處理的分析 .杭州眾志環(huán)?？萍加邢薰?， [5] 張統(tǒng)，張志仁，王守中 .污水處理工藝及工程方案設(shè)計(jì) [M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社， [6] 唐玉斌，陳芳艷，張永峰 .水污染控制工程 [M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， [7] 沈永良，無(wú)模型控制器抗干 擾與掉電保護(hù)電路 [J]，自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用， 1998， 2 [8] 韓志剛，徐明新，無(wú)模型控制規(guī)律的一般形式及其在石化工業(yè)中的應(yīng)用 [J]，黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)， 2021， 3 [9] 柏景方 .污水處理技術(shù) [M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社， [10] 韓志剛，王德進(jìn)，無(wú)模型控制器 [J],黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)， 1994,11 [11] 張建偉，馮穎，吳建華 .工業(yè)水污染控制技術(shù)與設(shè)備 [M].化學(xué)工業(yè)出版社， [12] 韓志剛，無(wú)模型控制器的設(shè)計(jì)問(wèn)題 [J],控制工程， 2021,9 [13] 韓志剛 ，無(wú)模型控制器的應(yīng)用 [J],控制工程， 2021,9 [14 ] 侯忠生，無(wú)模型學(xué)習(xí)自適應(yīng)控制理論 [R]，哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)， 2021， 4 [15] Henson M, Seb nonlinear control of a pH neutralization process[J].IEEE Trans Control Syst Technol, 1994。 [16] Zhongsheng Hou et model free learning adaptive control of a class of 35 SISO nonlinear systems[C].In: Proc of the American Control Conference, Albuquerque, New Mexico, 1997: 343～ 344 [17] Daryl Kulak, Eamonn Guiney, Erin Cases Requirements in Context[M].Second Edition, AddisonWesley, 2021 [18] Ian Sommerville. 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