連續(xù)攪拌反應(yīng)釜魯棒控制策略的研究

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1、鄭州大學(xué)碩十學(xué)位論文摘要連續(xù)攪拌反應(yīng)釜(CSTR)是發(fā)酵、化工、石油生產(chǎn)、生物制藥等工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)反應(yīng)器，其控制質(zhì)量直接影響到生產(chǎn)的效益和質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)連續(xù)攪拌反應(yīng)釜通過控制內(nèi)部的工藝參數(shù)，如溫度、壓力、濃度等穩(wěn)定，保證反應(yīng)的正常進(jìn)行。連續(xù)攪拌反應(yīng)釜可以根據(jù)反應(yīng)物料的衡算式建立非線性動(dòng)力學(xué)方程。但在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)大多數(shù)為不確定非線性系統(tǒng)，不確定性表現(xiàn)為參數(shù)攝動(dòng)、模型誤差和未知擾動(dòng)。系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性是評(píng)價(jià)系統(tǒng)中不確定性時(shí)系統(tǒng)控制效果很重要的標(biāo)準(zhǔn)，控制的目的就是設(shè)計(jì)一個(gè)控制器，使得系統(tǒng)在不確定性的影響下仍能達(dá)到一定的期望指標(biāo)。連續(xù)攪拌反應(yīng)釜對(duì)象的控制任務(wù)之一

2、是跟蹤控制，即設(shè)計(jì)一個(gè)控制器使得系統(tǒng)的輸出跟蹤期望的輸出軌跡。本文針對(duì)連續(xù)攪拌反應(yīng)釜非線性動(dòng)力學(xué)模型中存在的模型誤差不確定因素，設(shè)計(jì)一種魯棒跟蹤控制器并分析了另外一種跟蹤控制器，研究連續(xù)攪拌反應(yīng)釜對(duì)象應(yīng)用不同方法設(shè)計(jì)的控制器系統(tǒng)輸出和輸出跟蹤誤差的魯棒穩(wěn)定性。本文主要完成如下幾個(gè)方面的工作：1．分析了根據(jù)機(jī)理建模法按照物料衡算式建立起連續(xù)攪拌反應(yīng)釜(CSTR)非線性動(dòng)力學(xué)模型；2．本文將CSTR的非線性動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了輸入輸出線性化，得到CSTR非線性動(dòng)力學(xué)模型的線性化形式：求出CSTR的內(nèi)動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)，計(jì)算出CSTR的一個(gè)穩(wěn)定零動(dòng)態(tài)子系統(tǒng)。設(shè)計(jì)出連續(xù)攪拌反應(yīng)釜的變結(jié)構(gòu)跟蹤控制律并對(duì)系

3、統(tǒng)進(jìn)行仿真。針對(duì)原非線性控制律中控制輸入對(duì)狀態(tài)的抖振影響，采用了一種消弱抖振的方法。仿真結(jié)果表明當(dāng)CSTR對(duì)象存在常數(shù)型，指數(shù)衰減型，正弦周期型等擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)的輸出軌跡和跟蹤誤差軌跡沒有超調(diào)且快速的趨于穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，系統(tǒng)具有良好的魯棒穩(wěn)定性。3．分析了連續(xù)攪拌反應(yīng)釜的非線性增量式預(yù)測魯棒跟蹤控制器并進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明CSTR對(duì)象中存在常數(shù)型、指數(shù)衰減型、正弦周期型擾動(dòng)時(shí)，輸出軌跡和跟蹤誤差軌跡都有超調(diào)，與變結(jié)構(gòu)控制器相比收斂速度慢且波動(dòng)幅度較大。關(guān)鍵詞：連續(xù)攪拌反應(yīng)釜，輸入輸出線性化，變結(jié)構(gòu)控制器，魯棒跟蹤AbstractContinuouslyStirredTankReact

4、or-CSTRiSwidelyusedaSchemicalreactorsintheindustrialfieldsofferment，chemicalindustry,petrolicmanufacture，biologicpharmacyandSOon．Thebenefitandthequalitystandardofproductionwillbedeeplyaffectedbythecontrolimpact．Inordertoensurethewell-balancedchemicalprocess，wecancontrolthestabilityoftheinnerpar

5、ameterastemperature，pressure，consistence，etc．ThenonlineardynamicequationofCSTRCanbebuiltonthebasisofmaterielequivalencybythemechanismmodelingmethod．Inthepracticalindustrypossesses，mostofthesystemsareuncertainnonlinearsystem．Thetmcertaintyappearsasparameterincertitude，modelerrorandtheunknowndist

6、urbance．Therobuststabilityofthesystemisanimportantstandardtoappraisethecontroleffectofthesystemwhichpresentsuncertainty．ThepurposeofrobustcontrolistodesignacontrollerwhichCanmakesurethesystemachievetheanticipantguidelinewhenthesystemexiststheeffectofuncertainty．OneofthecontroltasksofCSTRistrack

7、ingcontr01．Thatistosay,wedesignacontrollertoensurethepracticaloutputtotracktheenactingoutput．AimedattheuncertaintywhichexistsintheCSTRnonlhiearsystem，thispaperdesignscertainrobusttrackingcontrollersandanalysesanothertrackingcontro