[發明專利]連續攪拌反應釜的自適應模糊動態面控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201110025205.1
• 申請日: 2011-01-24
• 公開（公告）號: CN102073275A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 郭濤;王愛民;劉國英;平靜;王棟博
• 申請（專利權）人: 郭濤;王愛民;劉國英
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 趙慧

技術領域

本發明涉及化學工業控制領域的控制方法，具體的說，是連續攪拌反應釜的自適應模糊動態面控制方法。

背景技術

反應釜是化工生產過程中廣泛應用的一種化學反應器，由于其本身的強非線性、時變、大滯后等特性，使得反應釜成為一種涉及多種因素的復雜系統，其控制質量直接影響到生產的效率和質量指標。反應釜內的特征參量一般為溫度、壓力、濃度等，對這些參數控制的好壞直接影響生產物的質量。連續攪拌反應釜是釜式反應器的一種，它是工業生產過程中最常用的化學反應器，既可進行勻相反應，又可進行多相反應，如液固、氣液、液液及氣固液等反應，其內部有攪拌裝置，可以使反應器中反應區的反應物料濃度均一。其運行特點是投資少、熱交換能力強和產品質量穩定等，因而在工業生產中得到了廣泛的應用，也就具有很大的研究價值。

反應釜溫度控制的品質直接影響產品質量和產量。由于化工生產過程既是放熱的化學反應過程，又是物理變化過程，聚合反應機理復雜，如果不及時移去反應熱，將使反應劇烈超出正常范圍，易引起“爆聚”或產生安全閥跳；如果加入過量的冷水又將使反應激落，甚至造成“僵釜”現象，直接影響到產品的質量和產量，嚴重時會危及工作人員的生命安全。因此反應釜溫度控制對于保證反應釜產品質量和安全生產起著至關重要的作用。反應釜的溫度控制系統的任務是在保證系統穩定的條件下，通過選擇合適的控制變量，準確控制反應釜內的濃度或溫度以達到控制目的。

目前對連續攪拌反應釜溫度的控制一般采用PID控制，其控制系統由模數轉換裝置、控制器、電位放大器、濾波器、數模轉換裝置、和各種傳感器組成。具體實施辦法是將反應釜的非線性模型在工作點進行線性化處理，進而根據PID思想設計控制器。PID控制器算法簡單，魯棒性好，但其僅適用于可建立精確數學模型的確定性控制系統。然而連續攪拌反應釜的生產過程是一個強非線性、時變、大滯后的反應過程，系統的一些參數不斷變化，導致系統模型中不可避免的存在未建模動態和不確定項，且實際生產過程中會導致反應釜工作點漂移，因此基于工作點線性化處理系統模型的方法，如PID控制器，就不再適用。

經過對現有技術的文獻檢索發現，中國專利公開號：CN101637711，專利名稱：一種反應釜高效控溫方法及裝置，該專利描述了一種控制反應釜溫度的方法。該方法將溫度劃分為四個階段，用不同的閾值來區分，并分別采用固定的控制輸出(固定電位值)、模糊PID控制輸出的方法來調整反應釜溫度。中國專利公開號：CN101349925，專利名稱：一種帶夾套的反應釜溫度控制系統及其溫度控制方法，該專利描述了一種帶夾套的反應釜溫度控制方法。該方法測量夾套和反應釜內的溫度，并對這兩部分裝置分別采用不同的PID控制器控制。上述方法所采用的均是PID控制方法，因而本質上均屬于線性控制的范疇，不適合于連續攪拌反應釜這種強非線性、時變、大滯后的復雜系統，不能實現最優控制。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于提供一種適用于連續攪拌反應釜的自適應模糊動態面控制裝置及控制方法，該控制方法是一種非線性控制方法，能夠在線逼近系統未建模動態和不確定項，簡化控制器的結構，大大提高控制的精度，減少控制響應時間。

本發明的技術方案是這樣實現的：

連續攪拌反應釜的自適應模糊動態面控制裝置，包括傳感器系統、A/D轉換器、計算機、濾波器、自適應模糊動態面控制器、D/A轉換器、信號放大器和執行器，自適應模糊動態面控制器包括模糊逼近器、參數自適應調整器和動態面控制器；傳感器的輸出端連接到A/D轉換器的輸入端，A/D轉換器的輸出端連接到計算機的輸入端，計算機的輸出端連接到濾波器的輸入端，濾波器的輸出端分別連接到模糊逼近器、參數自適應調整器和動態面控制器的輸入端，模糊逼近器和參數自適應調整器的輸出端均連接到動態面控制器的輸入端，動態面控制器的輸出端連接到D/A轉換器的輸入端，D/A轉換器的輸出端連接到信號放大器的輸入端，信號放大器的輸出端連接到執行器。

上述連續攪拌反應釜的自適應模糊動態面控制裝置，傳感器系統包括溫度傳感器和濃度傳感器。

上述連續攪拌反應釜的自適應模糊動態面控制裝置，濾波器為Kalman濾波器。

上述連續攪拌反應釜的自適應模糊動態面控制裝置，執行器為氣動調節閥。

利用上述連續攪拌反應釜的自適應模糊動態面控制裝置的控制方法，包括以下步驟：

(a)利用傳感器系統測出連續攪拌反應釜的工作參數信息并將工作參數信息傳輸給A/D轉換器；

(b)通過A/D轉換器將工作參數信息轉換成數字量，經濾波器濾波后傳送給自適應模糊動態面控制器；