二元物系聚合过程最优与经济模型预测控制

发布时间：2020-08-22 03:18

【摘要】：生化反应过程具有模型参数不确定性、过程非线性和反应过程信息不完全性等特点,此外还需要考虑反应的经济性问题。因此,对生化反应过程进行模型性态分析与控制器设计等研究具有理论和实际意义。本文以二元物系聚合过程为研究对象,从模型动力学性态分析、参数扰动分析以及控制论角度进行了研究,对提升二元物系聚合过程的控制品质以及经济性具有一定的参考价值。本文的研究主要从以下几个方面展开:首先,分析了二元物系聚合过程连续搅拌釜反应器模型的动力学性态。通过去量纲化得到了非量纲化模型,并在非量纲化模型的基础上,对无控制系统和受控系统分别进行了动力学分析。结果表明,当反应物输入浓度在一定范围内时,无控系统会存在两个稳定的平衡点和一个不稳定的平衡点。同时针对系统参数B的随机噪声扰动,分析扰动大小对系统行为的影响,并根据系统模型,求出了改变系统动力学性态的噪声强度大小的临界值。当噪声强度小于该临界值时,噪声对系统动力学性态存在一定的影响,但不改变其基本性态;当噪声强度大于该临界值时,会改变系统的基本形态。对于受控系统,控制量的大小将会影响或改变系统平衡态的个数。其次,在动力学性态分析的基础上,为了实现稳态反应物转化率最大化,对反应过程进行了最优控制研究。通过控制实施将位于系统非理想区域初始状态的解调整至理想区域,进而到达理想稳态值,实现控制目标的最优化。最后,在对CSTR模型分析的基础上,研究了CSTR反应过程的优化控制问题,在满足控制要求的情况下实现了经济效益最优。设计双模经济模型预测控制策略,结合过程扰动系统的控制要求和经济代价函数的设计思想,实现对CSTR系统的控制。并与传统双层MPC和带终端约束的EMPC进行仿真对比,体现了双模EMPC的优越性;为提高上述控制策略的计算效率,降低优化问题的求解复杂度,将事件触发控制与双模EMPC相结合,形成事件触发-双模EMPC控制策略,通过设计触发条件来提高控制算法控制效率。仿真结果表明,结合后的控制策略在保证控制品质和经济效益的基础上,大幅度提升了计算效率。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ316.3

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本文编号：2800199