連續(xù)攪拌反應(yīng)釜(CSTR)控制方法研究.pdf

1、連續(xù)攪拌反應(yīng)釜(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)作為一類化學反應(yīng)器，由于其成本低、熱交換能力強和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等特點，成為生產(chǎn)聚合物的核心設(shè)備，在化工、發(fā)酵、生物制藥、石油生產(chǎn)等工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　連續(xù)攪拌反應(yīng)釜的控制變量主要包括壓力、溫度、濃度等，對這些變量的控制將直接影響到化工產(chǎn)品的質(zhì)量。在實際生產(chǎn)過程中，連續(xù)攪拌反應(yīng)釜會受到許多不利因素的影響，故難以建立其精確數(shù)學模

2、型，因而不易實現(xiàn)面向性能的控制。針對以上問題，考慮不同情況，本文從無模型和模型控制兩個角度來設(shè)計控制器，實現(xiàn)連續(xù)攪拌反應(yīng)釜內(nèi)溫度的精確控制，從而保證釜內(nèi)反應(yīng)物濃度能夠達到期望指標。
　　本文首先基于連續(xù)攪拌反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)和工作機理，介紹了按照夾套傳熱和冷凝管傳熱兩種傳熱方式，應(yīng)用物料平衡原理建立的兩類連續(xù)攪拌反應(yīng)釜數(shù)學模型。對于復雜情況下難以獲得精確數(shù)學模型的連續(xù)攪拌反應(yīng)釜系統(tǒng)，同時又受到各種擾動的影響，利用系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)，設(shè)計

3、了PID控制器和無模型自適應(yīng)控制器。這兩種方法無需系統(tǒng)的數(shù)學模型，為數(shù)據(jù)驅(qū)動的控制器設(shè)計方法，設(shè)計過程簡單?？刂平Y(jié)果表明:雖然PID控制方法設(shè)計簡單，但控制效果不佳，無法滿足控制精度要求;無模型自適應(yīng)控制器的設(shè)計不依賴受控系統(tǒng)的數(shù)學模型而只需它的I/O數(shù)據(jù)，控制精度高，但過渡過程時間長。
　　對于能夠建立參數(shù)化模型的連續(xù)攪拌反應(yīng)釜系統(tǒng)，利用其模型信息，分別采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制和浸入和不變(I&I)自適應(yīng)控制方法設(shè)計了相應(yīng)的控制算

4、法，實現(xiàn)了面向性能的控制?？刂平Y(jié)果表明:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)控制器能夠任意逼近未知的理想控制器，但由于其所需控制參數(shù)隨逼近精度而增加，要達到理想的控制效果，導致控制器設(shè)計非常復雜;浸入和不變自適應(yīng)控制的精度高，可以實現(xiàn)完全跟蹤，但其自由函數(shù)β（x）的選取較為困難，需要求解偏微分方程。
　　通過對連續(xù)攪拌反應(yīng)釜不同類型控制器的設(shè)計過程可知:數(shù)據(jù)驅(qū)動控制，如PID控制和無模型自適應(yīng)控制具有控制器設(shè)計簡單的特點，但控制性能尚有提升空間;基于模