非线性优化控制在化工过程CSTR中的应用研究

发布时间：2017-04-25 12:02

  本文关键词：非线性优化控制在化工过程CSTR中的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：连续搅拌釜CSTR(continuous stirred tank reactor)是一个典型的化工动态过程,过程中存在着严重非线性、外界干扰等现象,这些因素不但会破坏控制系统的稳定性,还会影响产品的质量。随着当代工业对控制系统的性能和精度要求在不断提高,对温度控制的要求也在不断提高,因此,化工过程CSTR系统最优控制课题的研究具有重要的理论和现实意义。本文首先简述了非线性系统和最优控制理论的研究现状,然后,针对具有一类表达形式的化工过程CSTR系统,研究最优控制算法,包括状态调节器问题、输出调节器问题、跟踪控制问题、以及受扰系统的扰动抑制跟踪控制问题。本文的主要内容概括如下:1.介绍了非线性系统的基本概念及其研究现状和主要方法,引出仿射非线性系统的概念,针对一类典型的非线性连续搅拌反应釜CSTR系统进行分析和建模。给出反馈线性化相关的部分微分几何基础知识,基于此给出一种非线性最优控制规律的求解方式。2.考虑非线性化工过程CSTR系统,在反馈线性化的基础上提出最优状态调节器的设计方式,首先,将系统的最优控制问题转化为求解两点界限值问题,求出最优控制律。然后,为了解决状态反馈的工程构成问题,运用模型转换方法,提出构造状态观测器,并提供了设计方法。3.由于输出反馈在物理实现上优于状态反馈,进而针对非线性化工过程CSTR系统,设计二次型最优输出调节器,考虑输出反馈的功能不及状态反馈的功能这一问题,提出一种用动态补偿器设计最优调节器的方法,通过维数增广,把动态输出反馈问题转换为状态反馈,求解最优控制律。4.考虑化工过程中对温度控制精确性的要求,针对非线性化工过程CSTR系统,研究最优跟踪控制问题,在将非线性系统模型线性化的基础上,设计最优跟踪控制律,使系统输出能够渐近跟踪到期望输出,并且保证误差极小这一前提条件,利用仿真计算校验该方法的有效可行性。5.针对一类受扰动的化工过程CSTR系统模型,研究最优扰动抑制跟踪控制问题。利用反馈线性化方法,对受扰CSTR模型进行线性化,首先,提出一种最优扰动抑制跟踪控制律的求解方法。进一步,利用内模原理,通过模型转换,设计无静差最优扰动抑制跟踪控制策略。最后部分对论文的主要内容和工作进行归纳,并且对以后的学习科研进行展望,指明了进一步的研究方向。
【关键词】：非线性系统 最优控制 动态补偿器 无静差跟踪控制 CSTR
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ052;O232
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 引言10-11
• 1.2 非线性系统的概述11-13
• 1.2.1 非线性系统的数学模型11-12
• 1.2.2 非线性系统的研究现状及主要方法12-13
• 1.3 最优控制概述13-15
• 1.4 CSTR化工过程描述15-23
• 1.4.1 连续搅拌反应釜CSTR系统简介15-18
• 1.4.2 聚氯乙烯引发剂的生产工艺流程18-21
• 1.4.3 模型分析21-23
• 1.5 本文的主要研究内容23-25
• 第2章 非线性CSTR系统的线性化25-34
• 2.1 非线性系统最优控制25-26
• 2.1.1 非线性系统最优控制的近似方法25
• 2.1.2 非线性系统近似线性化设计方法及其局限性25-26
• 2.2 反馈线性化设计26-32
• 2.2.1 预备知识26-29
• 2.2.2 关系度r等于系统阶数n的线性化设计原理29-31
• 2.2.3 关系度r小于系统阶数n的线性化设计原理31-32
• 2.3 模型计算32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 基于观测器的化工过程CSTR最优调节器设计34-47
• 3.1 问题描述34-35
• 3.2 状态调节器问题35-40
• 3.2.1 有限时间状态调节器问题35-37
• 3.2.2 无限时间状态调节器问题37-38
• 3.2.3 模型仿真计算38-40
• 3.3 基于观测器的状态反馈系统40-46
• 3.3.1 问题描述40-41
• 3.3.2 观测器的设计41-44
• 3.3.3 模型仿真计算44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 基于动态输出反馈的化工过程CSTR最优控制47-58
• 4.1 问题描述47-48
• 4.2 输出调节器问题48-52
• 4.2.1 有限时间输出调节器问题48-49
• 4.2.2 无限时域输出调节器问题49-50
• 4.2.3 模型仿真计算50-52
• 4.3 基于动态输出反馈的调节器问题52-57
• 4.3.1 问题描述52
• 4.3.2 动态输出反馈优化控制器设计52-54
• 4.3.3 动态补偿器的解54-55
• 4.3.4 模型仿真计算55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第5章 化工过程CSTR的多段最优输出跟踪控制58-65
• 5.1 问题描述58
• 5.2 最优跟踪控制58-64
• 5.2.1 有限时间最优跟踪控制设计58-61
• 5.2.2 无限时间最优跟踪控制设计61
• 5.2.3 模型仿真61-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第6章 受扰化工过程CSTR的最优扰动抑制跟踪控制65-82
• 6.1 受扰非线性系统线性化设计65-68
• 6.2 最优扰动抑制跟踪控制68-73
• 6.2.1 问题描述68
• 6.2.2 有限时间最优扰动抑制跟踪控制设计68-70
• 6.2.3 无限时间最优扰动抑制跟踪控制设计70
• 6.2.4 模型仿真计算70-73
• 6.3 无静差跟踪控制73-81
• 6.3.1 无静差跟踪控制系统的构成73-75
• 6.3.2 无静差跟踪控制系统的状态空间描述75-76
• 6.3.3 无静差跟踪控制的综合算法76-77
• 6.3.4 模型仿真计算77-81
• 6.4 本章小结81-82
• 结论82-83
• 参考文献83-88
• 致谢88-89
• 攻读学位期间发表的学术论文目录89-90

【参考文献】

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本文编号：326260