连续搅拌反应釜鲁棒控制策略的研究

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1、郑州大学硕十学位论文摘要连续搅拌反应釜(CSTR)是发酵、化工、石油生产、生物制药等工业生产过程中应用最广泛的一种化学反应器，其控制质量直接影响到生产的效益和质量指标。对连续搅拌反应釜通过控制内部的工艺参数，如温度、压力、浓度等稳定，保证反应的正常进行。连续搅拌反应釜可以根据反应物料的衡算式建立非线性动力学方程。但在实际的工业生产过程中，系统大多数为不确定非线性系统，不确定性表现为参数摄动、模型误差和未知扰动。系统的鲁棒稳定性是评价系统中不确定性时系统控制效果很重要的标准，控制的目的就是设计一个控制器，使得系统在不确定性的影响下仍能达到一定的期望指标。连续搅拌反应釜对象的控制任务之一

2、是跟踪控制，即设计一个控制器使得系统的输出跟踪期望的输出轨迹。本文针对连续搅拌反应釜非线性动力学模型中存在的模型误差不确定因素，设计一种鲁棒跟踪控制器并分析了另外一种跟踪控制器，研究连续搅拌反应釜对象应用不同方法设计的控制器系统输出和输出跟踪误差的鲁棒稳定性。本文主要完成如下几个方面的工作：1．分析了根据机理建模法按照物料衡算式建立起连续搅拌反应釜(CSTR)非线性动力学模型；2．本文将CSTR的非线性动力学模型进行了输入输出线性化，得到CSTR非线性动力学模型的线性化形式：求出CSTR的内动态子系统，计算出CSTR的一个稳定零动态子系统。设计出连续搅拌反应釜的变结构跟踪控制律并对系

3、统进行仿真。针对原非线性控制律中控制输入对状态的抖振影响，采用了一种消弱抖振的方法。仿真结果表明当CSTR对象存在常数型，指数衰减型，正弦周期型等扰动时，系统的输出轨迹和跟踪误差轨迹没有超调且快速的趋于稳态响应，系统具有良好的鲁棒稳定性。3．分析了连续搅拌反应釜的非线性增量式预测鲁棒跟踪控制器并进行了仿真研究。仿真结果表明CSTR对象中存在常数型、指数衰减型、正弦周期型扰动时，输出轨迹和跟踪误差轨迹都有超调，与变结构控制器相比收敛速度慢且波动幅度较大。关键词：连续搅拌反应釜，输入输出线性化，变结构控制器，鲁棒跟踪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