pH值控制过程广泛存在于石油、化工、制药、造纸、废水处理及给水处理中,在工业生产中必须使pH值严格控制在特定范围内,否则可能会造成产品质量下降,原料浪费,生产不能顺利进行,经济效益下降,甚至造成环境污染,因此将pH值控制在一定的范围内有着非常重要的意义。本文首先分析了pH控制过程的机理模型和实际的控制要求,建立了静态模型和动态模型,得出了pH值过程的非线性特性曲线。然后根据pH值过程的非线性特点,采用分段折线来近似其非线性特性曲线,设计了分段式变增益PID控制算法以补偿pH值过程的非线性。并应用Matlab软件对pH控制过程进行了仿真,与常规的PID控制进行了仿真对比,结果表明,分段式变增益PID控制方法解决了pH值过程的非线性问题,同时使系统的控制效果明显改善,上升时间、稳定时间显著缩短,超调减小,系统的抗干扰性能也得到提高,实现了pH值过程的优化控制。最后,基于AT89S51单片机设计了pH值控制器,完成了软硬件设计,实现了数据采集、数据处理、数据显示、键盘控制等功能。通过对所研制控制器的测试,验证了所设计的算法的可行性,为今后对pH值控制系统的改进提供了一种新的设计思路。