1.2研究目的

当PH值出现波动时，PH值的变化比较慢；在PH值显示为中性的时候，也就是PH值在7左右，加入一丁点试剂就会让PH值发生很大的变化。其次，在酸碱反应中出现了测试、混合等滞后现象，而且滞后时间比较长，这使得人们在处理控制问题时更困难。因此，怎么处理非线性问题是PH值控制过程中最主要的部分，我们一定要解决这个问题。

对于PH值的非线性特征，人们常用的方法是PID控制算法。然而PID控制算法对于反应快速变化过程无法做出准确反应，在进行控制的时候，经常出现振荡现象，不能保证对系统进行最佳控制。所以，本文分析了PH值控制的过程，并借助完善后的数字PID控制算法，推出一种分段式变增益PID控制算法，依靠MATLAB技术模拟了PH值控制系统的运作。

1.3课题的研究动态及发展趋势

1.3.1国外研究情况

1.3.2国内研究情况

1.3.3PH值控制系统的发展趋势

2.1PID控制方法

PID控制方法是最常见的控制方法，因此，它受到了控制行业的广泛应用。该控制方法出现的时间很早，经过这几年的发展，已经由早期的模拟PID控制器演变到现今的数字PID控制器，广泛应用在工业过程控制中的各个环节。

2.1.1PID的控制原理

在仿真控制的系统中，PID控制是控制器普遍使用的控制原则。控制对象和模拟PID控制器两部分构成了PID控制系统，图2-1是该系统的原理图。

图2-1PID控制系统原理图

PID控制器根据输出值y(t)和给出值r(t)，对偏差e(t)进行控制。

把偏差通过比例、积分和微分并进行线性组合组成控制量，利用调节阀来控制需要控制的对象，在仿真调整控制系统中，式（2-2）是其控制规律公式：

或写成以下形式：

公式中，调节器输出信号用U(t)表示，输入信号用e(t)表示，比例增益指的是KP，TI代表积分时间常数，TD代表微分时间常数。

PID控制表现有三个特征：

（1）比例控制

比例控制是一种相对比较简单的控制方法。其控制器中的输出信号和输入信号是正比关系。若只是比例控制，输出信号中存在稳态误差。

（2）积分控制

积分控制中控制器的输出信号和输入信号的积分呈正比关系。关于一个自动控制系统，在稳定状态下存在稳态误差，说明该控制系统是有差系统。

（3）微分控制

微分控制中控制器的输出信号和输入信号的微分呈正比关系。

2.1.2数字PID控制算法

这几年，计算机技术得到了快速发展，但是计算机控制系统仅仅是一种采样控制系统，因此，我们要想计算控制量，就必须结合采样时刻的偏差。在应用中绝大多数使用数字PID控制器，所以连续PID控制算法不可以直接使用，在计算机的控制系统中，要先把公式处理为离散化形式。常使用增量式PID控制算法以及位置式PID控制算法。