连续搅拌釜式反应器的鲁棒最优控制

针对一类带不确定性的连续搅拌釜式反应器,提出基于滑模控制理论的鲁棒最优控制算法。输入输出线性化方法用于线性化对象模型,假设系统的不确定因素有界,滑模面采用积分型滑模面以确保系统稳态误差为零,将线性二次型理论用于等效控制律的设计中,保证了系统的性能指标最优,自适应滑模切换控制增益的选取在降低系统抖振的前提下补偿了系统的不确定因素及外部扰动,实现了控制器的鲁棒最优。通过仿真实验表明,提出的控制器对匹配的不确定性因素及外部扰动具有鲁棒性,且闭环系统的性能指标最优。

连续搅拌釜式反应器放热反应失控事故预防

运用敏感度方法研究连续搅拌釜式反应器(CSTR)放热反应的参数敏感性行为及规律,探讨CSTR反应器的安全操作区域和敏感操作区域。研究发现:无因次活化能小于4的反应系统,其整个操作参数空间都是安全的;无因次活化能大于4的反应系统,只有选择无因次活化能小于其临界值,反应系统才能安全、稳定地运行;临界无因次反应热的值与无因次丹克莱尔数和无因次反应热有关;丹克莱尔数和无因次反应热越大,则临界无因次反应热越小,安全操作区域也越小。

连续搅拌釜的模糊多模型自适应控制

多模型控制器是解决复杂非线性系统的控制问题的一个十分有效又易于实现的方法。针对化工过程连续搅拌釜的数学模型,在不同的工作点设计多个线性模型逼近被控对象的动态特性。并在此基础上,基于模糊控制器的设计原理,设计模糊多模型控制器,并对控制器的性能进行分析。仿真研究表明,此模糊多模型控制器作用于连续搅拌釜这个复杂的非线性被控对象,能够使系统的输出很好跟踪设定值。

连续搅拌釜反应系统稳定性的BMI控制算法

针对具有强非线性、时变、有纯滞后等综合复杂性的连续搅拌釜(CSTR)反应过程,提出了一种非线性鲁棒模型BMI控制方法。该方法根据CSTR的机理,根据Lyapunov稳定性分析理论,将Lyapunov函数差分转化为双线性矩阵不等式(BMI)。该方法引入适当的松弛矩阵,设计出了系统鲁棒稳定性判定的一个新算法,获得了相应闭环系统的状态反馈控制器,提高了算法的通用性,改善系统的性能。通过连续搅拌釜的仿真实验,说明了所提算法的正确性和有效性。

不同桨型下含盘管的连续搅拌釜停留时间分布的研究

用于含能化合物制备的连续釜式反应器通常安装有螺旋盘管,釜内流动情况复杂。研究搭建了一套含螺旋盘管的连续搅拌釜装置,对四斜叶桨(PBT)、推进桨(PRO)和翼型桨(CBY)作用下连续搅拌釜的停留时间分布进行了测定,并考察了桨型、进料流量、搅拌转速、表观气速等因素对无因次方差的影响,同时考察了对有气体产生的体系在含盘管的连续搅拌釜中多级混合模型的适用性。研究结果表明:多级混合模型基本适用于对含盘管连续搅拌釜式反应器的非理想流动的描述,可用于含盘管连续搅拌釜式反应器的优化设计。当其他条件相同,随着搅拌转速、表观气速的增大,含盘管的连续搅拌釜的无因次方差逐渐增大。对于强放热反应,推荐使用四斜叶桨或推进桨,可以较好地增强釜内物料的混合。

连续搅拌釜的非线性模型预测控制方法

针对具有强非线性、时变、有纯滞后等综合复杂性的连续搅拌釜(continuous stirred tank reactor,CSTR)反应过程,把无限时域鲁棒二次目标函数进行分解,构成新目标函数,并允许未来控制序列的第1个控制量作为自由决策变量的方式,提出了一种非线性鲁棒模型预测控制方法,从而提高了算法的通用性,改善系统的性能。通过连续搅拌釜的实验研究,实验结果说明了所提算法的有效性。

连续搅拌釜合成聚丙烯腈的聚合工艺

研究了中试规模的连续搅拌釜内丙烯腈/丙烯酸甲酯/衣糠酸(AN/MA/IA)三元水相沉淀聚合,考察了反应停留时间、引发剂用量和搅拌速度对聚合反应和共聚物性能的影响。研究发现,适当延长停留时间有助于提高颗粒聚集稳定性,减小产物中共聚组成与单体投料比的差距。较长停留时间适合采用较高的搅拌转速,有利于提高反应体系的空间均匀性,减小共聚物相对分子质量分布宽度。在进料单体浓度一定的情况下,引发剂用量不宜过低,可以控制较高的反应转化率和较低的相对分子质量分布宽度,由此获得共聚组成理想且热环化性能较好的聚丙烯腈。

连续搅拌釜的非线性模型稳定性判据及算法

针对具有强非线性、时变、有纯滞后等复杂特性的连续搅拌釜(CSTR)反应过程,提出了一种非线性鲁棒模型预测控制方法。先根据搅拌釜中物料反应和温度波动机理,强鲁棒性的系统参数假设在凸多面体中,然后,在温度工作稳定平衡点离散线性化具有高度非线性特点的系统方程。合理建立系统预报方程,提出可保成本性能指标函数并计算李雅普诺夫函数的差分。采用双线性和线性矩阵不等式(BMI和LMI)技术处理鲁棒模型预测控制系统,给出了保持较优性能条件下的闭环系统稳定性判定标准。其次,考虑稳定标准的条件中存在双线性矩阵不等式,设计相应的凸优化算法,便于利用matlab中LMI TOOLBOX求解。最后,通过系统仿真实验,与已有数值结果对比,说明了所提理论的正确性和算法的有效性、优越性。

苯乙烯连续搅拌釜式本体聚合工业过程模拟

采用了机理分析建模法对苯乙烯工业本体预聚过程进行了模型化研究,并通过对流体在反应器中混合模式的分析,表明预聚釜可视作全混流(CSTR)反应器模型。此外对热聚合机理中的引发级数和终止反应进行了考察,利用预聚釜的工业数据确立了三分子引发、同时考虑偶合和歧化终止以及向溶剂链转移的反应机理模型,并选取了合适的动力学参数。然后利用工业装置采集的数据进行了模拟,从宏观转化率、平均分子量和微观分子量分布两个方面对模型进行了验证,模拟结果和工业数据符合得较好。该模型方程不仅能模拟稳态、非稳态预聚过程,同时也为装置开发新产品、改造扩建、优化操作方案等提供了理论基础。

连续搅拌釜式反应器的自耦比例–积分–微分控制

针对一类参数不确定的连续搅拌釜式反应器,使用了一种与被控对象无关的自耦比例–积分–微分(autocoupling proportional-integral-differential,ACPID)控制方法.该方法将系统内部所有不确定因素及外部扰动定义为一个总扰动,建立了以总扰动为激励的受控误差系统,并根据ACPID镇定规则建立了连续搅拌釜式反应器(continuous stirred tank reactor,CSTR)的ACPID控制系统.理论分析了ACPID控制系统的鲁棒稳定性和抗扰动鲁棒性.仿真结果表明了ACPID控制系统的有效性,在CSTR稳态调节控制领域具有重要的应用价值.

连续搅拌釜流场数值模拟及停留时间分布

连续流动搅拌釜广泛应用化工生产过程,本文采用CFD软件对间歇流场和连续流动单层及双层直六叶涡轮搅拌釜的三维流场进行了数值模拟,使用脉冲法对相应的搅拌釜内液体的停留时间分布(RTD)进行了测定,并通过对比方差讨论了搅拌桨转速及流量对流体流动状态的影响。

连续搅拌釜反应系统的预测控制算法

研究了具有强非线性、时变时滞、信号抖振等复杂特性的连续搅拌釜(CSTR)反应过程,提出了一种非线性鲁棒模型预测控制方法.首先在温度平衡点反馈线性化CSTR非线性模型,提出性能指标函数和李雅普诺夫函数进行稳定性分析.其次建立预报方程并引入松弛变量,应用线性矩阵不等式(LMI)技术处理鲁棒模型预测控制系统,在控制输入信号有界的条件下,获得了系统稳定性的充分条件,并给出了相应的系统性能指标的半定规划算法.最后,通过系统MATLAB仿真实验,说明了所提理论的正确性和算法的正确性、优越性.

基于扰动补偿的连续搅拌釜式反应器自适应积分滑模控制

针对化工工程中连续搅拌釜式反应器难以稳定控制的问题,提出一种基于自适应积分滑模控制的方法;根据连续搅拌釜式反应器系统结构建立的被控系统模型分别设计有限时间状态观测器和扰动观测器,通过观测器的估计结果对未知扰动信号进行补偿;基于系统的跟踪误差,引入积分滑模面,设计自适应变比例增益趋近律来消除系统抖振;利用Lyapunov函数证明控制系统的稳定性。仿真结果表明,该控制方法具有良好的抗干扰性能,能够实现对连续搅拌釜式反应器系统的稳定控制。

基于格子玻尔兹曼法的连续式搅拌反应釜流场数值模拟

为探究高含固厨余垃圾条件下连续式搅拌反应釜(continuousstirred-tankreactor,CSTR)的流场特性,课题组采用一种新颖的计算流体动力学方法格子玻尔兹曼法(latticeBoltzmannmethod,LBM)进行研究。模拟了3种桨型的流场特性,并通过对比不同转速下的扭矩实验值与模拟值,评估了该方法的可靠性,结果表明在低转速时实验值与模拟值的相对偏差均小于5%;随后考察了不同搅拌桨的速度分布、扭矩以及死区占比的变化情况。模拟结果显示:在处理含固体积分数为20%的厨余垃圾时,螺带式搅拌桨几乎带动整个反应釜内物料运动,并且其死区占比相对较小;使用螺带式搅拌桨时,随着转速的增加,反应釜中死区占比会有所下降。因此,综合考虑反应釜内的速度分布、扭矩及死区占比,用于搅拌高含固的厨余垃圾的连续式搅拌反应釜的最佳搅拌条件是转速为40r/min的螺带式搅拌桨。课题组所提出的格子玻尔兹曼法方法可用于模拟低转速条件下高含固厨余垃圾的流动特性。

基于终端代价函数的连续搅拌反应釜无穷时域经济性预测控制优化

针对连续搅拌反应釜,设计一种基于不变集技术和终端代价函数的无穷时域经济性预测控制优化算法。在经济指标中引入动态指标,构造基于寻优动态指标加权矩阵系数的二次复合性能指标,进而通过不变集技术离线计算终端约束集和终端代价函数;将有限时域内的复合性能指标附加终端代价函数,构造无穷时域性能指标,对连续搅拌反应釜进行无穷时域优化控制,改善经济性能;仿真验证了所设计算法的有效性。

基于观测器的连续搅拌反应釜命令滤波控制

针对连续搅拌反应釜系统在实际应用过程中存在的外部扰动和状态不可测问题,设计了一种基于观测器的模糊自适应命令滤波控制策略。首先,利用模糊逻辑系统去逼近系统中存在的非线性函数,同时设计模糊状态观测器对系统的状态变量实时估计;其次,将自适应反步控制方法与命令滤波技术相结合,通过设计非线性扰动观测器准确估计系统的外部扰动,并在反步法设计过程中进行扰动补偿,从而使控制器的设计过程更简单,同时解决了传统反步法导致的“计算爆炸”问题。通过Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。MATLAB仿真结果表明,所设计控制方案具有稳态误差小、控制精度高、抗干扰能力强,可直接对系统状态变量进行观测的优点。

串级连续搅拌反应釜的模糊自适应命令滤波离散控制

针对串级连续搅拌反应釜系统,提出了一种基于命令滤波技术的模糊自适应离散控制方法。利用欧拉法对串级连续搅拌反应釜系统的数学模型进行离散化处理;引入命令滤波技术应对控制器设计过程中由反步法引起的非因果问题和“计算复杂性”问题;借助模糊自适应控制和命令滤波相结合的方法简化控制器设计过程,缩减控制系统的在线计算量;利用差分李雅普诺夫函数证明闭环系统的稳定性;MATLAB仿真结果验证了所设计的控制器是有效可行的。与串级连续搅拌反应釜的现有连续控制方法相比,该控制策略具有更好的直观性和可实现性;与现有离散控制方法相比,该控制策略具有控制器结构简单、计算复杂度低、超调量小、控制输入量易实现等优点。

连续搅拌反应釜系统的自抗扰控制

针对连续搅拌反应釜系统(CSTR)大滞后,大惯性以及动态特性随工况不确定性变化的特点,通过设计参数可调的跟踪微分器和扩张状态观测器,改进经典PID算法的固有缺陷,提出不依赖于精确CSTR模型的离散自抗扰控制方案.采用西门子新一代工业可编程控制器-SIMATIC PCS7在多功能过程与控制系统的CSTR实验仿真对象上实现了温度的稳定控制.试验结果表明,用ADRC技术建立的连续搅拌反应釜控制系统对被控对象模型的不确定性和外部扰动变化具有较强的适应性和鲁棒性,动态性能良好.

连续搅拌反应釜系统的非线性鲁棒控制

基于非线性鲁棒控制理论,针对一类单输入单输出连续搅拌反应釜(CSTR)模型设计了具有高增益观测器的非线性鲁棒控制器(ONRC),并提出了一种简单的控制器参数整定方法。与非线性鲁棒控制器(NRC)和滑模控制方法(SMC)的仿真结果比较表明,ONRC对系统不确定性和干扰具有更好的抑制作用,通过Monte-Carlo试验检验显示,ONRC在模型参数摄动时具有更好的性能鲁棒性。

连续搅拌反应釜的智能PID控制

针对一类具有强非线性的连续搅拌反应釜,常规的控制策略难以取得满意的控制效果。为解决上述问题,本文将常规PID控制与非线性项的神经网络补偿相结合,提出了连续搅拌反应釜的智能PID控制方法。该方法基于常规增量式数字PID控制器,采用多层神经网络对非线性项进行估计和在线自适应补偿,易于在DCS中实现。仿真和实验结果表明了算法的有效性和可实现性。