非線性優(yōu)化控制在化工過程CSTR中的應用研究.pdf

1、連續(xù)攪拌釜CSTR（continuous stirred tank reactor）是一個典型的化工動態(tài)過程，過程中存在著嚴重非線性、外界干擾等現(xiàn)象，這些因素不但會破壞控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著當代工業(yè)對控制系統(tǒng)的性能和精度要求在不斷提高，對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，針對具有一類表達

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，針對一類典型的非線性連續(xù)攪拌反應釜CSTR系統(tǒng)進行分析和建模。給出反饋線性化相關(guān)的部分微分幾何基礎(chǔ)知識，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)器的設計方式，首先，將系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題轉(zhuǎn)化為求解兩點界限值問題，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，運用模型轉(zhuǎn)換方法，提出構(gòu)造狀態(tài)觀測器，并提供了設計方法。
　　3.由于輸出反饋在物理實現(xiàn)上優(yōu)于狀態(tài)反饋，進而針對非線性化工過程 CSTR系統(tǒng)，設計二次型最優(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，提出一種用動態(tài)補償器設計最優(yōu)調(diào)節(jié)器的方法，通過維數(shù)增廣，把動

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.考慮化工過程中對溫度控制精確性的要求，針對非線性化工過程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，設計最優(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，利用仿真計算校驗該方法的有效可行性。
　　5.針對一類受擾動的化工過程CSTR系統(tǒng)模型，研究最優(yōu)擾動抑制跟蹤控制問題。利用反饋線性化方法，對受擾CSTR模型進行線