[發明專利]一種連續攪拌聚丙烯反應釜溫度的自抗擾控制方法

無效

• 申請號: 201410099592.7
• 申請日: 2014-03-18
• 公開（公告）號: CN104281055A
• 公開（公告）日: 2015-01-14
• 發明（設計）人: 陶洪峰
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;B01J19/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種連續攪拌聚丙烯反應釜溫度的自抗擾控制方法，屬于化工生產的過程控制領域。

背景技術

工業聚丙烯反應是一類重要的間歇生產過程，其過程工藝復雜，具有大滯后、時變和不確定等特性。聚丙烯生產在工業常見的帶攪拌反應釜（CSTR）中進行，為連續聚合反應過程。生產要求反應物丙烯和乙烷在催化劑作用下，在70±1.0℃溫度下發生聚合反應，得到符合工藝要求的聚丙烯產品。

由于連續攪拌反應釜強烈攪拌使溶劑乙烷發揮了很好的分散與稀釋作用，因此反應釜中的物料流動狀態滿足全混流假定，即釜內各點的組成和溫度都是均勻的，反應釜出口的組成和溫度與反應釜內部相等。其次，反應物料在反應釜內的停留時間與反應器內實際的物料容積和物料的體積流量有關，停留時間越長，進料流量越小，反應轉化率越高。最后，聚合反應屬于放熱反應，因此對溫度的控制有正反饋作用，反應放熱使溫度升高，促使聚合速度加快，轉化率提高，但如不能及時控制聚合反應溫度，隨著反應溫度進一步升高。該正反饋作用導致反應釜溫度急劇上升，同時釜內壓力飛升，從而影響聚丙烯產品質量，甚至影響生產的安全性。

目前，很多控制算法被提出用于連續攪拌聚丙烯反應過程：如混合遺傳算法、模型分解預測控制、神經網絡內模控制算法、反饋線性化方法等。但這些方法都需要獲知系統的精確數學模型，而機理建模方法涉及物料平衡、能量守恒和化學反應過程等一系列問題，實際中很難得到具體模型，實用性受到很大限制。

自抗擾控制器(Active?Disturbances?Rejection?Control,?ADRC)是在繼承經典PID控制“以誤差消除誤差”的思想精髓、不依賴對象模型。自抗擾控制技術的核心是把系統的未建模動態和未知的外擾作用都歸結為對系統的擾動總和進行估計并給予補償，進而采用特殊的非線性效應，開發出具有特殊功能的環節來組合出高品質的控制器。自抗擾控制算法簡單，易于操作，參數適應性廣，即使在對象模型失配或遇到不確定性擾動作用時也能得到很好的控制效果，具有較強的抗干擾能力和良好的魯棒性，而且對一定類型的對象具有通用性。

發明內容

本發明的目的是解決連續攪拌聚丙烯反應釜在模型未知情形下的溫度控制問題，設計離散自抗擾控制方法使聚丙烯反應釜溫度在安全允許范圍內穩定的達到規定值，并采用SIMATIC?PCS?7作為控制器實現裝置，無需建立連續攪拌聚丙烯反應釜模型，動態響應迅速，在干擾和變負荷工況下具有很好的適應性和魯棒性；根據本發明提供的技術方案，所述連續攪拌聚丙烯反應釜溫度的自抗擾無模型控制方法按如下步驟進行。

第一步：設計跟蹤微分器模塊TD用于根據輸入和未知模型對象來安排過渡過程并提供其各階導數。以二階系統為例，對其輸入一個信號v，跟蹤微分器模塊TD給出2個輸出，即跟蹤輸入信號x₁和輸入信號的微分x₂，其離散形式為：

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其中h為積分步長；速度因子r決定跟蹤信號響應的快慢；濾波因子h₀在有擾動噪聲時決定濾波效果；f(x₁,x₂,r,h)為離散時間最速控制函數，計算式為：

式中，sign(*)為符號函數。由此可以得出控制目標v的跟蹤信號x₁和微分信號x₂。

第二步：設計自抗擾控制器的核心擴張狀態觀測器模塊ESO，ESO模塊能夠實時觀測無模型對象系統中的非線性動態、模型不確定性及外部擾動等并予以補償，對一定范圍的對象具有很好的適應性和魯棒性。以二階系統為例，?。?/p>

則擴張狀態觀測器ESO算法如下：

其中α，δ，β₀₁，β₀₂，β₀₃為可調參數。

第三步：設計非線性誤差反饋控制器模塊NLSEF，NLSEF模塊利用跟蹤微分器模塊TD和擴張狀態觀測器模塊ESO可產生過渡過程的誤差信號e₁=x₁(k)-z₁(k)及誤差微分信號e₂=x₂(k)-z₂(k)，從而生成誤差積分信號；取誤差反饋律：