管式催化反应分布参数过程建模与控制仿真研究
本文选题:分布参数系统 + PCA主元分析 ; 参考:《太原科技大学》2015年硕士论文
【摘要】:管式反应器体积庞大、内部温度高以及工况复杂,传统的基于集总参数模型的控制方法无法满足现代工业的高精度温控要求。如何基于分布参数系统模型精确控制催化反应的温度成为满足管式催化反应要求的关键问题。本文首先给出了催化棒-管式催化反应过程的PDE方程,针对分布参数系统无限维本质特点,研究了基于数据驱动的时空分离方法,采用PCA主元分析法进行时空分解同时降低模型维数,得到降维后的系统时间输出。然后,运用递推最小二乘法辨识出系统的ARX耦合模型,并采用多变量广义预测控制方法实现了控制器的设计,达到对温度的有效控制。由于多变量广义预测控制设计的复杂性,论文进一步对ARX耦合模型进行简化,辨识出解耦的ARX模型,将MIMOARX模型解耦为多个SISOARX模型,并设计了单变量广义预测控制器,更好地达到了设定的温度控制目标,简化了预测控制器的设计。仿真结果表明,对于弱非线性的分布参数系统,采用3个以上主元的PCA降维方法能够得到系统99%以上的能量;同时,采用广义预测控制进行ARX耦合模型和解耦模型的控制;能够实现分布参数系统的控制。基于多个SISO解耦模型,有利于提高控制精度,简化控制器的设计。
[Abstract]:Because of its large volume, high internal temperature and complex operating conditions, the traditional control method based on lumped parameter model can not meet the requirement of high precision temperature control in modern industry. How to accurately control the temperature of catalytic reaction based on distributed parameter system model has become the key problem to meet the requirements of tubular catalytic reaction. In this paper, the PDE equation of catalytic rod-tube catalytic reaction process is first given. According to the nature of infinite dimension of distributed parameter system, a data-driven spatio-temporal separation method is studied. The PCA principal component analysis method is used to decompose time and space and reduce the dimension of the model, and the output of system time after dimension reduction is obtained. Then, the ARX coupling model of the system is identified by recursive least square method, and the multivariable generalized predictive control method is used to realize the design of the controller, which can effectively control the temperature. Because of the complexity of the design of multivariable generalized predictive control, the paper further simplifies the ARX coupling model, identifies the decoupled ARX model, decouples the MIMOARX model into multiple SISOARX models, and designs a univariable generalized predictive controller. The temperature control target is better achieved and the design of predictive controller is simplified. The simulation results show that for weakly nonlinear distributed parameter systems, more than 99% of the energy can be obtained by using the PCA dimensionality reduction method with more than three principal components, and the generalized predictive control is used to control the ARX coupling model and the decoupling model. The distributed parameter system can be controlled. Based on multiple SISO decoupling models, the control accuracy is improved and the controller design is simplified.
【学位授予单位】:太原科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TQ032.4
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 吴惕华;分布参数工业系统控制(第一讲)[J];化工自动化及仪表;1994年06期
2 李铭新;;分布参数系统最优控制理论用于一类化学反应器的最优设计[J];吉林化工学院学报;1984年03期
3 顾幸生,蒋慰孙;基于正交函数逼近变换的分布参数系统可控性与可观性[J];华东理工大学学报;1997年05期
4 沈宗宣;约束条件为无穷维分布参数系统的N微分目标规划问题[J];天津轻工业学院学报;1990年01期
5 张晓东;李树荣;;一类分布参数系统的最优控制[J];中国石油大学学报(自然科学版);2008年05期
6 刘良宏,吴锡慧,周兴贵,袁渭康;分布参数系统中混沌的控制[J];化工学报;1998年06期
7 高桂革;顾幸生;;分布参数系统传感器位置优化策略的小波算法[J];华东理工大学学报(自然科学版);2008年04期
8 彭良译,刘康生;点观测分布参数系统的一个辨识问题[J];西南石油学院学报;1987年03期
9 周国鹏,邓飞其;一类时滞分布参数系统的指数渐近稳定性[J];武汉科技大学学报(自然科学版);2004年02期
10 程振民,,袁渭康;分布参数系统参数估计策略[J];化学工业与工程;1994年04期
相关会议论文 前10条
1 葛照强;;广义分布参数系统研究的进展与展望[A];第二十届中国控制会议论文集(下)[C];2001年
2 徐永健;潘日芳;;分布参数系统处理的一种新方法[A];第三届全国控制与决策系统学术会议论文集[C];1991年
3 赵文荣;侯学章;朱广田;;关于双线性分布参数系统的一类最优控制[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
4 檀国节;;应用块脉冲函数辨识时变分布参数系统[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
5 周献中;李鸿志;杨成梧;;抛物型分布参数系统的可辨识性[A];1995年中国控制会议论文集(上)[C];1995年
6 顾幸生;蒋慰孙;;分布参数系统的逼近可控性与可观性研究[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
7 欧阳亮;;关于分布参数系统的一类新控制问题[A];1995年中国控制会议论文集(上)[C];1995年
8 周献中;杨成梧;邹云;;基于广义正交多项式展开的一类抛物型分布参数系统参数的可辨识性[A];1995中国控制与决策学术年会论文集[C];1995年
9 钟平;宋文忠;孙庆鸿;;声场干涉分布参数系统的研究[A];1995年中国控制会议论文集(上)[C];1995年
10 孙冀;李朝辉;潘德惠;;一类非线性分布参数系统的辨识问题[A];1997中国控制与决策学术年会论文集[C];1997年
相关博士学位论文 前9条
1 柳合龙;具有脉冲效应分布参数系统及应用研究[D];北京信息控制研究所;2006年
2 彭滔;分布参数系统的确定学习理论及其应用[D];华南理工大学;2011年
3 崔宝同;时滞分布参数系统的振动、稳定与控制[D];华南理工大学;2003年
4 艾岭;分布参数系统模型预测控制研究及应用[D];哈尔滨工业大学;2014年
5 窦磊;分布参数系统若干近似计算方法应用研究[D];南京理工大学;2006年
6 白乙拉;非光滑分布参数系统参数辨识及其应用[D];大连理工大学;2006年
7 穆文英;基于传感器/执行器的分布参数系统的稳定、滤波与控制[D];江南大学;2015年
8 李延波;分布参数系统与It(?)型随机系统的稳定与滑模控制研究[D];中国海洋大学;2007年
9 周璇;大型立式淬火炉温度分布参数系统控制策略研究和应用[D];中南大学;2006年
相关硕士学位论文 前10条
1 谢飞进;具脉冲时滞抛物型分布参数系统的指数镇定[D];湖南师范大学;2012年
2 刘朋飞;管式催化反应分布参数过程建模与控制仿真研究[D];太原科技大学;2015年
3 郑迪;分布参数系统的非线性时空分离建模和预测控制策略研究[D];华中科技大学;2009年
4 林英;多时滞分布参数系统的滑模控制与稳定性[D];中国海洋大学;2011年
5 李谦;抛物线型分布参数系统的状态重构与点控制[D];上海交通大学;2010年
6 张筱蓉;不确定时滞分布参数系统的稳定和变结构控制[D];中国海洋大学;2010年
7 赵林;几类时滞不确定分布参数系统的滑模变结构控制研究[D];中国海洋大学;2011年
8 曹悦彬;大型立式淬火炉温度分布参数系统参数辨识研究[D];中南大学;2008年
9 林海芳;线性中立和阻尼型分布参数系统稳定性的LMI方法[D];山西大学;2013年
10 池兆峰;若干分布参数系统的参数辨识以及图像分析与应用研究[D];解放军信息工程大学;2006年
本文编号:1816847
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/1816847.html