連續(xù)攪拌反應(yīng)釜(CSTR)控制方法研究.pdf

1、連續(xù)攪拌反應(yīng)釜(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)作為一類化學(xué)反應(yīng)器，由于其成本低、熱交換能力強(qiáng)和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，成為生產(chǎn)聚合物的核心設(shè)備，在化工、發(fā)酵、生物制藥、石油生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　連續(xù)攪拌反應(yīng)釜的控制變量主要包括壓力、溫度、濃度等，對(duì)這些變量的控制將直接影響到化工產(chǎn)品的質(zhì)量。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，連續(xù)攪拌反應(yīng)釜會(huì)受到許多不利因素的影響，故難以建立其精確數(shù)學(xué)模

2、型，因而不易實(shí)現(xiàn)面向性能的控制。針對(duì)以上問題，考慮不同情況，本文從無模型和模型控制兩個(gè)角度來設(shè)計(jì)控制器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)攪拌反應(yīng)釜內(nèi)溫度的精確控制，從而保證釜內(nèi)反應(yīng)物濃度能夠達(dá)到期望指標(biāo)。
　　本文首先基于連續(xù)攪拌反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理，介紹了按照夾套傳熱和冷凝管傳熱兩種傳熱方式，應(yīng)用物料平衡原理建立的兩類連續(xù)攪拌反應(yīng)釜數(shù)學(xué)模型。對(duì)于復(fù)雜情況下難以獲得精確數(shù)學(xué)模型的連續(xù)攪拌反應(yīng)釜系統(tǒng)，同時(shí)又受到各種擾動(dòng)的影響，利用系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)

3、了PID控制器和無模型自適應(yīng)控制器。這兩種方法無需系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的控制器設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)單?？刂平Y(jié)果表明:雖然PID控制方法設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但控制效果不佳，無法滿足控制精度要求;無模型自適應(yīng)控制器的設(shè)計(jì)不依賴受控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型而只需它的I/O數(shù)據(jù)，控制精度高，但過渡過程時(shí)間長。
　　對(duì)于能夠建立參數(shù)化模型的連續(xù)攪拌反應(yīng)釜系統(tǒng)，利用其模型信息，分別采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制和浸入和不變(I&I)自適應(yīng)控制方法設(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制算

4、法，實(shí)現(xiàn)了面向性能的控制?？刂平Y(jié)果表明:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器能夠任意逼近未知的理想控制器，但由于其所需控制參數(shù)隨逼近精度而增加，要達(dá)到理想的控制效果，導(dǎo)致控制器設(shè)計(jì)非常復(fù)雜;浸入和不變自適應(yīng)控制的精度高，可以實(shí)現(xiàn)完全跟蹤，但其自由函數(shù)β（x）的選取較為困難，需要求解偏微分方程。
　　通過對(duì)連續(xù)攪拌反應(yīng)釜不同類型控制器的設(shè)計(jì)過程可知:數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)控制，如PID控制和無模型自適應(yīng)控制具有控制器設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但控制性能尚有提升空間;基于模