發(fā)布時(shí)間：2020-11-08 20:48

　　 連續(xù)攪拌反應(yīng)釜(Continuously Stirred Tank Reactor,CSTR)是化工生產(chǎn)中一種常見的反應(yīng)容器,在化工領(lǐng)域有著廣泛的使用,其控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和性能至關(guān)重要。CSTR系統(tǒng)具有一些較難攻克的難點(diǎn),其系統(tǒng)自身具有很強(qiáng)的時(shí)滯特性與非線性,導(dǎo)致其控制系統(tǒng)大都算法復(fù)雜且魯棒性、實(shí)時(shí)性相對來說較差。滑模變結(jié)構(gòu)控制方法(Sliding Mode Control,SMC)作為一種常見的控制方法,已經(jīng)廣泛應(yīng)用在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)控制過程中,目前由于SMC普遍存在對系統(tǒng)模型依賴度高、計(jì)算復(fù)雜、抖振問題等難以解決的難點(diǎn),越來越多的學(xué)者和專家對其進(jìn)行改進(jìn)和完善,以期達(dá)到性能更好的控制效果。本文在傳統(tǒng)的SMC方法中加入了基于傳遞函數(shù)恢復(fù)法(Loop Transfer Recovery,LTR)的觀測器的設(shè)計(jì)與改進(jìn),針對非線性系統(tǒng)CSTR進(jìn)行控.制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在此研究背景下,本課題完成以下幾方面的工作:首先,針對本文選中的非線性系統(tǒng)研究對象CSTR溫度控制系統(tǒng),闡述了系統(tǒng)的具體構(gòu)造和基本工作原理,并建立連續(xù)攪拌反應(yīng)釜系統(tǒng)的非線性數(shù)學(xué)模型。為了方便運(yùn)算與處理,本文從機(jī)理模型推導(dǎo)出了系統(tǒng)無量綱化后的模型,通過Simulink仿真對模型自身的穩(wěn)定性進(jìn)行了深入的研究與敘述。其次,完成了基于ARX模型的預(yù)測控制的CSTR控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)預(yù)測控制算法,對模型進(jìn)行改進(jìn),分別建立了系統(tǒng)的問穩(wěn)態(tài)模型、動態(tài)模型與預(yù)測模型;在此基礎(chǔ)之上,提出理想的性能指標(biāo),設(shè)計(jì)滾動優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的逐步最優(yōu)。仿真分析表明,信號響應(yīng)動態(tài)品質(zhì)良好,算法具有一定的先進(jìn)性。再次,對常用于非線性系統(tǒng)的SMC方法的原理與傳遞函數(shù)恢復(fù)法LTR技術(shù)的文獻(xiàn)進(jìn)行了查閱與研究,結(jié)合目前國內(nèi)外SMC與LTR領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)研究,給出了本文所用到的一些控制方法的理論基礎(chǔ)概述,為后續(xù)在CSTR模型中的具體控制做了鋪墊。最后,為解決SMC方法中存在的過于依賴系統(tǒng)自身狀態(tài)、計(jì)算量極大、控制過程中存在抖振等難點(diǎn),針對CSTR溫控系統(tǒng)非線性模型,設(shè)計(jì)了基于LTR狀態(tài)觀測器的改進(jìn)型SMC方法。該方法比較有效的解決了上面所提到的問題,削弱了系統(tǒng)抖振和對系統(tǒng)自身狀態(tài)的過于依賴,并且設(shè)計(jì)出的LTR觀測器對系統(tǒng)的攝動具有完全不變性,同時(shí)有效的避免了外界干擾的影響,仿真結(jié)果表明,基于LTR方法的改進(jìn)型SMC算法,在連續(xù)攪拌反應(yīng)釜溫度的控制器設(shè)計(jì)中具有良好的性能,無論是實(shí)時(shí)性還是魯棒性,都能達(dá)到預(yù)期效果,系統(tǒng)很快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。再次基礎(chǔ)之上與預(yù)測控制系統(tǒng)進(jìn)行對比驗(yàn)證,仿真結(jié)果表明,基于LTR的SMC方法在CSTR非線性控制系統(tǒng)中的控制性能在一定程度上比基于ARX模型的預(yù)測控制方法優(yōu)秀,顯示了該方法改進(jìn)效果突出,控制系統(tǒng)具有良好的恢復(fù)性能和穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ052
【部分圖文】：

應(yīng)器就是本文所研宄的ＣＳＴＲ，無論是勻相反應(yīng)還是多相反應(yīng)均可在ＣＳＴＲ中進(jìn)行，??也就是說固液、液液、液氣等反應(yīng)均可。原因是連續(xù)攪拌反應(yīng)釜內(nèi)部存在攪拌裝置，??可以達(dá)到讓反應(yīng)物物料濃度均勻的目的。ＣＳＴＲ的具體結(jié)構(gòu)圖如圖２－１所示，ＣＳＴＲ??主要由攪拌容器與攪拌機(jī)兩個部分組成，而攪拌容器分為筒體、換熱元件和內(nèi)構(gòu)件三??個部分；攪拌機(jī)分為攪拌軸、密封裝置、攪拌器和傳動裝置幾個部分。??９??

的反應(yīng)過程及導(dǎo)熱原理進(jìn)行分析，建立理想的非線性ＣＳＴＲ數(shù)學(xué)模型。??對于一個單向的放熱反應(yīng)—?來說，主要有恒容夾套與反應(yīng)器兩個主要部??件，并通過單通道導(dǎo)入冷卻劑實(shí)現(xiàn)降溫過程，一個典型的ＣＳＴＲ如下圖２－２所示。課??題中為了方便建模與仿真，假設(shè)設(shè)備為完全理想化，使反應(yīng)可以充分發(fā)生，基于此建??模過程中做如下假設(shè)：??假設(shè)２．１．反應(yīng)釜的攪拌為完全理想，物料可是實(shí)現(xiàn)完全混合接觸，反應(yīng)可以充分??發(fā)生；??假設(shè)２．２．反應(yīng)物料與冷卻劑的一般物理特性為常數(shù)，不隨溫度改變而改變；??假設(shè)２．３．反應(yīng)釜外環(huán)境理想，無熱量交換；??假設(shè)２．４．在反應(yīng)進(jìn)程中，進(jìn)料和出料的流量相同。??Ｑ?Ｆ?７＞。???［＞＜１?，??Ｒｅａｃｔｏｒ?ｆｅｅｄ?Ａ?Ｂ??ｄ?ｏｉｌ．?ｂ—＇??ｍ?Ｃｏｏｌａｎｔ?ｏｕｔｌｅｔ??Ｈｉ?（＞ｂ?■??Ｃｏｏｌａｎｔ??Ｒｅａｃｔｏｒ?ｐｒｏｄｕｃｔ??圖２－２?ＣＳＴＲ系統(tǒng)示意圖??Ｆｉｇ．２－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ＣＳＴＲ?ｓｙｓｔｅｍ?ｄｉａｇｒａｍ??１１??

Ｈ２＝－ＦＣｐｐ｛Ｔｆ－Ｔ）?＋?ｈＡ｛Ｔ－Ｔｃ）?（２－１０）??圖２－３給出／／，、巧和反應(yīng)溫度之間的關(guān)系曲線。??６??ｘ１０??４??■?■?■?■?■?．?■???廣??Ｉ。．?－??－２??：???Ｈ２???Ｈ１??？４??１?１?１?１?１????３１０?３２０?３３０?３４０?３５０?３６０?３７０?３８０?３９０??Ｔ（Ｋ）??圖２－３放熱量與移熱量和溫度之間的對應(yīng)關(guān)系??Ｆｉｇ．２－３?Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ?ｏｆ?ｇｅｎｅｒａｔｅｄ?ｈｅａｔ，?ｒｅｍｏｖｅｄ?ｈｅａｔｅｄ?ａｎｄ?ｒｅａｃｔｏｒ?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ??從圖中可以看出以下三種情況：??１、
【參考文獻(xiàn)】

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1 彭程;王新民;張斯哲;陳曉;;基于LQG/LTR的飛翼飛機(jī)陣風(fēng)減緩系統(tǒng)研究[J];飛行力學(xué);2015年02期

2 崔挺;嚴(yán)運(yùn)兵;肖小城;;LQG/LTR控制在二級倒立擺系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J];武漢科技大學(xué)學(xué)報(bào);2014年04期

3 吳曄;陳峻山;曹培培;;LQG/LTR控制在天線伺服系統(tǒng)預(yù)定回路中的應(yīng)用[J];制導(dǎo)與引信;2013年03期

4 王麗梅;史佳林;許長林;;基于H_∞/LTR綜合方法的永磁直線同步電機(jī)魯棒控制[J];沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2013年03期

5 鄭翌;王新民;楊森;謝蓉;;基于LQG/LTR控制的大型客機(jī)飛/推綜合控制研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2013年04期

6 黃正良，萬百五，韓崇昭;雙線性系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)模型估計(jì)及其強(qiáng)一致性分析[J];自動化學(xué)報(bào);1995年05期

7 朱學(xué)峰;CSTR的非線性預(yù)測控制[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1995年06期

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1 于海良;LQG/LTR方法在轉(zhuǎn)臺系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號：2875318