一類反應(yīng)器-換熱器網(wǎng)絡(luò)的建模與控制方法研究.pdf

1、連續(xù)攪拌反應(yīng)釜是化工行業(yè)中廣泛使用的一種復(fù)雜非線性化學反應(yīng)器。工業(yè)生產(chǎn)中絕大多數(shù)化學反應(yīng)都伴隨著熱效應(yīng)，如果反應(yīng)器中的熱量不能及時排放，可能會導致危險事件的發(fā)生，并且過高或過低的溫度都會嚴重影響反應(yīng)速率。因此，為確保放熱化學反應(yīng)的安全性、反應(yīng)過程在適宜的溫度條件下進行，研究連續(xù)攪拌反應(yīng)器一換熱器網(wǎng)絡(luò)的建模和控制問題具有重要意義。 本文在連續(xù)攪拌反應(yīng)器一換熱器網(wǎng)絡(luò)奇異攝動建模和魯棒性輸出跟蹤控制方法方面進行了較深入的研究，得到了一

2、些有意義的結(jié)果。 首先，針對連續(xù)攪拌反應(yīng)器一換熱器網(wǎng)絡(luò)存在的復(fù)雜性和多時間尺度性做了詳細分析后，引入奇異攝動量將模型分解到快、慢時間尺度上，實現(xiàn)了模型降階。簡化后的模型更有利于過程網(wǎng)絡(luò)的分析、控制與優(yōu)化。 然后，針對反應(yīng)器一換熱器網(wǎng)絡(luò)中多個控制變量與被控變量有交互影響的現(xiàn)象，引入相對增益矩陣(RGA)法對控制系統(tǒng)進行了定量分析，確定出控制變量與被控變量的最佳搭配，從而為快、慢時間尺度上的控制器的設(shè)計提供指導信息。

3、 最后，根據(jù)微分幾何理論的反饋線性化方法，研究了反應(yīng)器一換熱器網(wǎng)絡(luò)的魯棒輸出跟蹤控制器設(shè)計問題。本文針對網(wǎng)絡(luò)模型及其降階后得到的快、慢時間尺度模型，設(shè)計并仿真分析了反饋線性化輸出跟蹤控制器、PI控制器、增量非線性預(yù)測控制器的跟蹤控制性能和魯棒性能。 仿真結(jié)果表明，反應(yīng)器一換熱器網(wǎng)絡(luò)通過引入奇異攝動量對模型降階的方法不僅簡化了原有模型的復(fù)雜性，而且針對不同時間尺度上被控量的特點分別設(shè)計控制器的方法，更適于控制優(yōu)化的研究。本文在快時