非線性優(yōu)化控制在化工過程CSTR中的應(yīng)用研究.pdf

1、連續(xù)攪拌釜CSTR（continuous stirred tank reactor）是一個(gè)典型的化工動(dòng)態(tài)過程，過程中存在著嚴(yán)重非線性、外界干擾等現(xiàn)象，這些因素不但會(huì)破壞控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著當(dāng)代工業(yè)對(duì)控制系統(tǒng)的性能和精度要求在不斷提高，對(duì)溫度控制的要求也在不斷提高，因此，化工過程CSTR系統(tǒng)最優(yōu)控制課題的研究具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文首先簡述了非線性系統(tǒng)和最優(yōu)控制理論的研究現(xiàn)狀，然后，針對(duì)具有一類表達(dá)

2、形式的化工過程CSTR系統(tǒng)，研究最優(yōu)控制算法，包括狀態(tài)調(diào)節(jié)器問題、輸出調(diào)節(jié)器問題、跟蹤控制問題、以及受擾系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制跟蹤控制問題。本文的主要內(nèi)容概括如下：
　　1.介紹了非線性系統(tǒng)的基本概念及其研究現(xiàn)狀和主要方法，引出仿射非線性系統(tǒng)的概念，針對(duì)一類典型的非線性連續(xù)攪拌反應(yīng)釜CSTR系統(tǒng)進(jìn)行分析和建模。給出反饋線性化相關(guān)的部分微分幾何基礎(chǔ)知識(shí)，基于此給出一種非線性最優(yōu)控制規(guī)律的求解方式。
　　2.考慮非線性化工過程CSTR系

3、統(tǒng)，在反饋線性化的基礎(chǔ)上提出最優(yōu)狀態(tài)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)方式，首先，將系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化為求解兩點(diǎn)界限值問題，求出最優(yōu)控制律。然后，為了解決狀態(tài)反饋的工程構(gòu)成問題，運(yùn)用模型轉(zhuǎn)換方法，提出構(gòu)造狀態(tài)觀測器，并提供了設(shè)計(jì)方法。
　　3.由于輸出反饋在物理實(shí)現(xiàn)上優(yōu)于狀態(tài)反饋，進(jìn)而針對(duì)非線性化工過程 CSTR系統(tǒng)，設(shè)計(jì)二次型最優(yōu)輸出調(diào)節(jié)器，考慮輸出反饋的功能不及狀態(tài)反饋的功能這一問題，提出一種用動(dòng)態(tài)補(bǔ)償器設(shè)計(jì)最優(yōu)調(diào)節(jié)器的方法，通過維數(shù)增廣，把動(dòng)

4、態(tài)輸出反饋問題轉(zhuǎn)換為狀態(tài)反饋，求解最優(yōu)控制律。
　　4.考慮化工過程中對(duì)溫度控制精確性的要求，針對(duì)非線性化工過程CSTR系統(tǒng)，研究最優(yōu)跟蹤控制問題，在將非線性系統(tǒng)模型線性化的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)最優(yōu)跟蹤控制律，使系統(tǒng)輸出能夠漸近跟蹤到期望輸出，并且保證誤差極小這一前提條件，利用仿真計(jì)算校驗(yàn)該方法的有效可行性。
　　5.針對(duì)一類受擾動(dòng)的化工過程CSTR系統(tǒng)模型，研究最優(yōu)擾動(dòng)抑制跟蹤控制問題。利用反饋線性化方法，對(duì)受擾CSTR模型進(jìn)行線