CSTR振蕩體系的動(dòng)力學(xué)行為及控制.pdf

1、自B-Z反應(yīng)中的振蕩現(xiàn)象被揭示以來(lái)，各種化學(xué)振蕩體系中的非線性現(xiàn)象一直是國(guó)內(nèi)外研究的前沿課題之一。由于化學(xué)反應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)中的巨大應(yīng)用價(jià)值，許多學(xué)者在該領(lǐng)域做出了大量的工作。近年來(lái)，迅速發(fā)展的現(xiàn)代非線性理論為各種復(fù)雜現(xiàn)象的深入探索提供了有力的工具。本文運(yùn)用現(xiàn)代非線性分析方法，探討了CSTR振蕩體系的復(fù)雜現(xiàn)象及其機(jī)理，分析了不同物理參數(shù)、初始條件、時(shí)滯和耦合等因素對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為的影響，進(jìn)而揭示了其復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。此外，對(duì)CSTR振蕩體系

2、的反同步與控制問(wèn)題也進(jìn)行了初步探討。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面的工作：
　　 首先，給出了三變量CSTR自催化反應(yīng)系統(tǒng)隨著參數(shù)的變化經(jīng)由Hopf分-岔走向混沌的道路，分析了時(shí)滯反饋對(duì)原系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的影響。分別探討了時(shí)滯反饋對(duì)原系統(tǒng)穩(wěn)定狀態(tài)，周期運(yùn)動(dòng)和混沌狀態(tài)的影響。數(shù)值仿真結(jié)果表明，時(shí)滯反饋可以用于控制反應(yīng)過(guò)程，既可使系統(tǒng)從有序走向混沌，也可以從混沌走向有序。
　　 其次，在同時(shí)考慮溶液流動(dòng)造成的時(shí)滯與入料溶液流速的擾動(dòng)

3、時(shí)，討論了兩種典型外激勵(lì)頻率下耦合CSTR振蕩體系的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為。當(dāng)外激勵(lì)頻率為原自治系統(tǒng)的固有頻率時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的混沌吸引子和概周期運(yùn)動(dòng)，存在混沌由倍周期分岔演變?yōu)樾碌幕煦缥拥倪^(guò)程；當(dāng)外激勵(lì)頻率與自治系統(tǒng)的固有頻率存在量級(jí)上差別時(shí)，Hopf分岔提前發(fā)生，反應(yīng)過(guò)程中存在概周期運(yùn)動(dòng)，且存在概周期解的空間軌跡不斷擴(kuò)大而后演化為周期解的過(guò)程。數(shù)值模擬結(jié)果表明，在兩種情況下系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為差別很大，擾動(dòng)頻率的加入會(huì)明顯改變系

4、統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)演化過(guò)程。
　　 再次，設(shè)計(jì)了一種入料溶液流速隨CSTR中溶液濃度的改變而改變的反應(yīng)系統(tǒng)，并考慮由控制系統(tǒng)造成的時(shí)滯，給出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn)，入料溶液的流速及濃度參考值均對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)行為有很大的影響，系統(tǒng)呈現(xiàn)出與原系統(tǒng)不同的動(dòng)力學(xué)行為，反應(yīng)過(guò)程中出現(xiàn)了概周期運(yùn)動(dòng)和倒倍周期分岔等豐富的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象。
　　 最后，討論了耦合CSTR振蕩體系的延遲反同步控制問(wèn)題。在反應(yīng)系統(tǒng)中，將反應(yīng)誤差重新定義為實(shí)際