pH是工业生产过程中重要的被控参数，它广泛地存在于石油化工、生物制药及废水处理等诸多领域。pH控制品质的好坏，往往会直接影响到产品的质量、排放指标的达标以及企业的经济效益等。但pH的控制一直都是一个较为困难的课题，主要有三方面原因：大时滞特性，通常是由于测量点距反应装置过远，或者反应容器较大而使反应不充分等因素造成的；中和反应固有的强非线性特性，主要是由pH的负对数定义引起的，该特性使得传统的一些控制策略不再适用；时变特性，主要缘于反应过程中各组分浓度的时变性及不确定扰动。

根据前面的分析：可以知道在中和点附近，流量的微小波动都会导致pH发生大幅度变化，而且在不同部分变化的增益显著不同。

针对pH控制系统的全局控制器，其控制器增益也应该具有与系统增益相同尺度的变化，这就使传统的PID方法无法获得较好的全局控制品质。当然在一些不需要全局控制的应用场合中，可于系统工作点附近对系统进行线性化处理，继而采用传统PID控制策略仍是可行的。

针对pH控制系统的全局控制策略主要考虑在现有控制策略基础上增加线性化策略。

反馈线性化的思想是将原输出y经过某种变换从而得到与输入u呈线性关系的辅助输出量y′，将对原系统输出y的控制转化为对y′的控制，由此等价地将原非线性控制系统转化为线性系统或非线性较弱的系统，以使基于线性系统的诸多控制策略可以直接应用，其原理如图1所示。

图1 反馈线性化原理图

在pH控制系统的中和反应过程中，[H+] 浓度和控制量仍呈线性关系，整个系统的强非线性特性则是对[H+]取对数获得pH时所引入的。利用pH和[H+]间一一对应的对数关系。原控制系统可以通过变换关系，被等价地转化为线性系统。

但是当pH不同时，对流量的控制精度也有不同的要求，问题的难度并没有降低。

另一种将系统线性化的方法即是分段线性化，该方法用分段的子系统来逼近pH控制系统，并分段对每一个子系统设计简单控制策略。其中最典型的就是三段线性分段法, 如图2所示。


图2 分段线性化示意图

对于这样一个三段线性系统，只需分段设计控制策略即可，即当系统处于不同的反应区间时采取不同的控制策略加以控制。分段控制的基本思路在于：当系统处于两端系统低增益区时, 采用具有较大增益的控制器，以缩短反应时间；当系统进入中和点附近的系统高增益区时，则采用具有较小增益的控制器，以节省中和剂使用量并提高控制品质。

在pH控制中推荐先通过双闭环比值控制避免两个流量波动、负荷波动造成的影响，然后根据实际情况选择合适的pH控制策略。控制策略的改进和合理的设定值可以极大地降低pH控制的难度。

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