【摘要】：生化反應(yīng)過程具有模型參數(shù)不確定性、過程非線性和反應(yīng)過程信息不完全性等特點,此外還需要考慮反應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性問題。因此,對生化反應(yīng)過程進(jìn)行模型性態(tài)分析與控制器設(shè)計等研究具有理論和實際意義。本文以二元物系聚合過程為研究對象,從模型動力學(xué)性態(tài)分析、參數(shù)擾動分析以及控制論角度進(jìn)行了研究,對提升二元物系聚合過程的控制品質(zhì)以及經(jīng)濟(jì)性具有一定的參考價值。本文的研究主要從以下幾個方面展開:首先,分析了二元物系聚合過程連續(xù)攪拌釜反應(yīng)器模型的動力學(xué)性態(tài)。通過去量綱化得到了非量綱化模型,并在非量綱化模型的基礎(chǔ)上,對無控制系統(tǒng)和受控系統(tǒng)分別進(jìn)行了動力學(xué)分析。結(jié)果表明,當(dāng)反應(yīng)物輸入濃度在一定范圍內(nèi)時,無控系統(tǒng)會存在兩個穩(wěn)定的平衡點和一個不穩(wěn)定的平衡點。同時針對系統(tǒng)參數(shù)B的隨機(jī)噪聲擾動,分析擾動大小對系統(tǒng)行為的影響,并根據(jù)系統(tǒng)模型,求出了改變系統(tǒng)動力學(xué)性態(tài)的噪聲強(qiáng)度大小的臨界值。當(dāng)噪聲強(qiáng)度小于該臨界值時,噪聲對系統(tǒng)動力學(xué)性態(tài)存在一定的影響,但不改變其基本性態(tài);當(dāng)噪聲強(qiáng)度大于該臨界值時,會改變系統(tǒng)的基本形態(tài)。對于受控系統(tǒng),控制量的大小將會影響或改變系統(tǒng)平衡態(tài)的個數(shù)。其次,在動力學(xué)性態(tài)分析的基礎(chǔ)上,為了實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率最大化,對反應(yīng)過程進(jìn)行了最優(yōu)控制研究。通過控制實施將位于系統(tǒng)非理想?yún)^(qū)域初始狀態(tài)的解調(diào)整至理想?yún)^(qū)域,進(jìn)而到達(dá)理想穩(wěn)態(tài)值,實現(xiàn)控制目標(biāo)的最優(yōu)化。最后,在對CSTR模型分析的基礎(chǔ)上,研究了CSTR反應(yīng)過程的優(yōu)化控制問題,在滿足控制要求的情況下實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)。設(shè)計雙模經(jīng)濟(jì)模型預(yù)測控制策略,結(jié)合過程擾動系統(tǒng)的控制要求和經(jīng)濟(jì)代價函數(shù)的設(shè)計思想,實現(xiàn)對CSTR系統(tǒng)的控制。并與傳統(tǒng)雙層MPC和帶終端約束的EMPC進(jìn)行仿真對比,體現(xiàn)了雙模EMPC的優(yōu)越性;為提高上述控制策略的計算效率,降低優(yōu)化問題的求解復(fù)雜度,將事件觸發(fā)控制與雙模EMPC相結(jié)合,形成事件觸發(fā)-雙模EMPC控制策略,通過設(shè)計觸發(fā)條件來提高控制算法控制效率。仿真結(jié)果表明,結(jié)合后的控制策略在保證控制品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)效益的基礎(chǔ)上,大幅度提升了計算效率。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ316.3

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本文編號：2800199