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pH是工業生產過程中重要的被控參數，它廣泛地存在于石油化工、生物制藥及廢水處理等諸多領域。pH控制品質的好壞，往往會直接影響到產品的質量、排放指標的達標以及企業的經濟效益等。但pH的控制一直都是一個較為困難的課題，主要有三方面原因：大時滯特性，通常是由于測量點距反應裝置過遠，或者反應容器較大而使反應不充分等因素造成的；中和反應固有的強非線性特性，主要是由pH的負對數定義引起的，該特性使得傳統的一些控制策略不再適用；時變特性，主要緣于反應過程中各組分濃度的時變性及不確定擾動。

根據前面的分析：可以知道在中和點附近，流量的微小波動都會導致pH發生大幅度變化，而且在不同部分變化的增益顯著不同。

針對pH控制系統的全局控制器，其控制器增益也應該具有與系統增益相同尺度的變化，這就使傳統的PID方法無法獲得較好的全局控制品質。當然在一些不需要全局控制的應用場合中，可于系統工作點附近對系統進行線性化處理，繼而采用傳統PID控制策略仍是可行的。

針對pH控制系統的全局控制策略主要考慮在現有控制策略基礎上增加線性化策略。

反饋線性化的思想是將原輸出y經過某種變換從而得到與輸入u呈線性關系的輔助輸出量y′，將對原系統輸出y的控制轉化為對y′的控制，由此等價地將原非線性控制系統轉化為線性系統或非線性較弱的系統，以使基于線性系統的諸多控制策略可以直接應用，其原理如圖1所示。

圖1 反饋線性化原理圖

在pH控制系統的中和反應過程中，[H+] 濃度和控制量仍呈線性關系，整個系統的強非線性特性則是對[H+]取對數獲得pH時所引入的。利用pH和[H+]間一一對應的對數關系。原控制系統可以通過變換關系，被等價地轉化為線性系統。

但是當pH不同時，對流量的控制精度也有不同的要求，問題的難度并沒有降低。

另一種將系統線性化的方法即是分段線性化，該方法用分段的子系統來逼近pH控制系統，并分段對每一個子系統設計簡單控制策略。其中最典型的就是三段線性分段法, 如圖2所示。


圖2 分段線性化示意圖

對于這樣一個三段線性系統，只需分段設計控制策略即可，即當系統處于不同的反應區間時采取不同的控制策略加以控制。分段控制的基本思路在于：當系統處于兩端系統低增益區時, 采用具有較大增益的控制器，以縮短反應時間；當系統進入中和點附近的系統高增益區時，則采用具有較小增益的控制器，以節省中和劑使用量并提高控制品質。

在pH控制中推薦先通過雙閉環比值控制避免兩個流量波動、負荷波動造成的影響，然后根據實際情況選擇合適的pH控制策略。控制策略的改進和合理的設定值可以極大地降低pH控制的難度。

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