基于模糊自适应PID的污水处理pH值控制系统研究

【摘要】： 随着工业的不断发展和城市人口的急剧增加,大量工业和生活污水的处理问题受到越来越广泛的重视。国家环保总局对污水排放有明确规定,pH值是控制污水排放的一个重要指标,在污水处理中对pH值进行有效的控制具有重要意义。我国污水处理pH值控制系统的自动化水平相对落后,开发出具有良好控制效果、易于实现的自动化成套系统具有现实意义。 污水处理中的酸碱中和过程呈现严重非线性、滞后性以及不确定性等特点,因此pH值被公认为最难控制的对象之一。本文在对污水处理pH控制过程进行理论分析的基础上,结合模糊控制的智能性与常规PID控制的可靠性,设计一种模糊自适应PID控制器,采用模糊推理的方法实现PID参数的在线整定。经仿真研究表明,模糊自适应PID控制方法在污水处理pH值控制系统中获得了良好的控制效果,是一种较为理想的智能性控制方案。 在分析污水处理pH值控制系统要求的基础上,开发了以MSP430单片机为核心的pH值模糊自适应PID控制器,实现了对现场pH值的数据采集、模糊自适应PID控制算法、在线控制以及与上位机监控中心串行数据通信等功能。同时,上位机可以对现场数据进行实时显示监控,并对历史数据进行存储回调。 本文设计的基于模糊自适应PID污水处理pH值控制系统方案,提高了pH值控制的精度和稳定性,在利用先进控制算法解决生产实际问题上做了有益的尝试。同时,系统结构设计合理、成本低、实用性强,很好的满足了污水处理pH值自动化控制的要求。 【关键词】：污水处理 pH值控制 模糊自适应PID MSP430单片机
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 课题的研究背景及意义14-15
• 1.2 pH值控制方法研究历史、现状和发展趋势15-18
• 1.2.1 PID控制方法15
• 1.2.2 现代控制方法15-16
• 1.2.3 智能控制方法16-18
• 1.3 污水处理pH控制系统的发展趋势18-19
• 1.4 论文研究的主要内容及创新19-20
• 第二章 中和过程分析及污水处理pH值控制系统总体方案设计20-30
• 2.1 pH值概念及中和特性20-21
• 2.1.1 pH值概念介绍20
• 2.1.2 pH中和过程基本特性20-21
• 2.2 污水处理中和过程机理及特点分析21-25
• 2.2.1 污水处理中和过程机理分析21-24
• 2.2.2 污水处理中和过程特点24-25
• 2.3 污水处理pH值控制系统总体方案设计25-30
• 2.3.1 控制算法的选取26
• 2.3.2 硬件总体结构26-28
• 2.3.3 软件总体设计28-30
• 第三章 污水处理pH值模糊自适应PID理论研究及控制器设计30-46
• 3.1 PID控制30-33
• 3.1.1 模拟PID控制原理30-31
• 3.1.2 数字PID控制算法31-33
• 3.1.3 PID控制器的局限性和发展趋势33
• 3.2 模糊控制33-37
• 3.2.1 模糊控制概述33-34
• 3.2.2 模糊控制特点34-35
• 3.2.3 模糊控制器结构组成35-36
• 3.2.4 模糊控制的局限性36-37
• 3.3 模糊自适应PID控制37-39
• 3.3.1 模糊自适应PID控制概述37
• 3.3.2 模糊自适应PID控制器原理37-38
• 3.3.3 模糊自适应PID控制器设计流程38-39
• 3.4 污水处理pH值模糊自适应PID控制器设计39-46
• 3.4.1 pH值模糊自适应PID控制器模糊化39-41
• 3.4.2 pH值模糊自适应PID控制器模糊规则及推理算法41-43
• 3.4.3 pH值模糊自适应PID控制器解模糊化43-46
• 第四章 基于模糊自适应PID污水处理pH值控制系统硬件设计46-60
• 4.1 控制器基本电路46-50
• 4.1.1 微处理及其特点46-48
• 4.1.2 时钟电路48-49
• 4.1.3 复位电路49-50
• 4.2 系统电源管理50-52
• 4.3 串口通信电路52-53
• 4.4 控制量输出电路53-60
• 4.4.1 D/A转换电路54-57
• 4.4.2 V/I转换电路57-60
• 第五章 基于模糊自适应PID污水处理pH值控制系统软件设计60-72
• 5.1 控制系统软件设计调试环境60-61
• 5.2 控制系统工作流程分析61-62
• 5.3 初始化程序模块62-64
• 5.4 数据采集程序模块64
• 5.5 串行通讯程序模块64-65
• 5.6 模糊自适应PID控制程序模块65-67
• 5.7 发送控制量数据模块67-68
• 5.8 上位机监控软件程序68-72
• 第六章 控制系统仿真研究72-82
• 6.1 仿真工具72-73
• 6.1.1 MATLAB介绍72
• 6.1.2 Simulink开发环境和模糊逻辑工具箱72-73
• 6.2 控制系统仿真研究73-82
• 6.2.1 控制对象描述73-74
• 6.2.2 常规PID控制的仿真74-75
• 6.2.3 模糊控制的仿真75-78
• 6.2.4 模糊自适应PID控制的仿真78-80
• 6.2.5 性能比较分析80-82
• 第七章 结论与展望82-84
• 参考文献84-88
• 附录88-90
• 致谢90-92
• 研究成果及发表的学术论文92-94
• 作者简介94-95
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书95-96

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