[發(fā)明專利]具有多速率采樣連續(xù)攪拌釜式反應器的滾動時域估計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310311184.9
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103413029A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發(fā)明（設計）人: 張文安;劉安東;俞立;張丹;白麗葉;孫輝
• 申請（專利權）人: 浙江工業(yè)大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.具有多速率采樣連續(xù)攪拌釜式反應器的滾動時域估計方法，其特征在于，具體步驟如下：

（1）、對CSTR裝置進行狀態(tài)空間建模，并確定其正常工作的工作范圍和工作范圍內的穩(wěn)態(tài)工作點；

dCAdt=FV(CA0-CA)-k1CAdCBdt=-FVCB+k1CA-k2CBdθdt=FV(θ0-θ)+kwARρCPV(θk-θ)-k1CAΔHRAB+k2CBΔHRBCρCP]]>

式中，C_A為物質A的濃度，C_A0為物質A初始濃度，C_As為物質A在穩(wěn)態(tài)時濃度，C_B為物質B的濃度，C_Bs為物質B在穩(wěn)態(tài)時濃度，θ為反應釜內溫度，θ₀為反應釜內初始溫度，θ_s為穩(wěn)態(tài)時反應釜內溫度，θ_k為冷卻劑溫度，F(xiàn)/V為稀釋率，V為體積流量，A_R為反應堆表面面積，C_P為熱容量，k_w為傳熱系數(shù)，ρ為密度，為物質A到物質B反應焓，為物質B到物質C反應焓，反應速率系數(shù)k₁和k₂由反應釜內溫度決定i=1,2，k₀為頻率因子，E_A1和E_A2為活化能，R為理想氣體常數(shù)；

（2）、在工作范圍內的穩(wěn)態(tài)工作點附近將CSTR的狀態(tài)空間模型線性化；

x·(t)=Ax(t)+w(t)]]>

式中，x(t)=[x₁(t)?x₂(t)?x₃(t)]^T，x₁(t)為物質A在t時刻的濃度，x₂(t)為物質B在t時刻的濃度，x₃(t)為在t時刻反應釜內的溫度，w(t)為在t時刻反應釜內的有界擾動，即||w(t)||≤0.3，A為線性化后得到的系統(tǒng)參數(shù)，具體為

A=-FV-k10EA1Rθs2k1CAsk1-FV-k2-EA1Rθs2k1CAs+EA2Rθs2k2CBs-k1ΔHRABρCP-k2ΔHRBCρCP-FV-kwARρCPV+EA1k1CAsΔHRAB+EA2k2CBsΔHRBCRθs2ρCP.]]>

（3）、設定系統(tǒng)的標準采樣周期T₀和各個傳感器的采樣周期，將線性化的CSTR狀態(tài)空間模型離散化，對于未采樣的測量輸出用預測值補償，得到多速率的CSTR線性離散化狀態(tài)空間模型；

x(k+1)=A‾x(k)+w(k)y(k)=θ(k)[Cx(k)+v(k)]+[I-θ(k)]y‾(k)]]>

式中，y(k)=[y₁(k)?y₂(k)]^T，y₁(k)為物質A在k時刻濃度的測量值，y₂(k)為在k時刻反應釜內溫度的測量值，v(k)為在k時刻反應釜內的有界擾動，即||v(k)||≤0.2，為k時刻系統(tǒng)狀態(tài)x(k)的預測值，C為測量輸出權重矩陣，I=1001]]>為單位矩陣，θ(k)=θ1(k)00θ2(k),]]>θ₁(k)=1表示物質A在k時刻有測量值，θ₁(k)=0表示物質A在k時刻沒有測量值，θ₂(k)=1；

（4）、設定滾動時域窗口長度N和權重矩陣，將多速率CSTR的滾動時域估計問題轉化為等價的最小化問題；

minx^(k-N)J(k)]]>

約束條件：

J(k)=||x^(k-N)-x‾(k-N)||μ2+Σi=k-Nk||y(i)-θ(i)[Cx^(i)+v(i)]+[I-θ(i)]y‾(i)||2]]>

x^(i+1)=Ax^(i),i=k-N,···,k-1]]>

x‾(k-N)=Ax^(k-N-1),k=N+1,N+2,···]]>

式中，J(k)為性能指標，為k時刻x(k)的最優(yōu)估計值；

（5）、通過一階最優(yōu)性原理求解步驟（4）設定的最小化問題，具體步驟如下：

S1-1：初始化，設定測試時間長度K，在可行域的區(qū)間范圍內，任意初始化k時刻的先驗估計值，k-N時刻到k時刻的測量輸出序列；

S1-2：根據(jù)一階最優(yōu)性原理，以k時刻的先驗估計值為初始迭代點，對步驟（4）中的最小化問題求一階偏導數(shù)，得到k-N時刻最優(yōu)估計值；

S1-3：根據(jù)滾動優(yōu)化原理，計算當前k時刻的最優(yōu)估計值；

S1-4：根據(jù)k時刻的最優(yōu)估計值更新k+1時刻的先驗估計值；

S1-5：判斷終止條件：如果k=K，結束，得到信噪比估計最優(yōu)值；否則，k=k+1，轉到S1-2。