[發明專利]基于狀態濾波和參數估計的CSTR反應器時延系統的方法

有效

• 申請號: 202010151129.8
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111324852B
• 公開（公告）日: 2020-11-24
• 發明（設計）人: 顧亞;高津津;劉繼承
• 申請（專利權）人: 常熟理工學院
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 滕詣迪

本發明公開了一種基于狀態濾波和參數估計的CSTR反應器時延系統的方法，包括如下步驟：步驟1、利用雙輸入雙輸出的形式表示CSTR反應器中時延狀態空間模型；基于辨識模型分解，將雙輸入雙輸出模型分解為兩個雙輸入單輸出子系統，每個子系統具有較小的維數和變量，并計算出每個子系統；步驟2、CSTR反應器中系統的參數估計步驟；步驟3、CSTR反應器中系統的狀態估計步驟。本發明可以充分利用所有數據來生成高度準確的參數估計，簡化了辨識模型的推導過程，減少了多變量系統辨識的計算量，提高了收斂速度；該模型可以在辨識出有色噪聲干擾的多元/非線性模型，以獲得最佳的辨識參數，對于處理狀態時延的工業過程建模具有實用的價值。

技術領域

本發明涉及一種基于時延狀態空間系統的狀態濾波和參數估計方法，屬于化工過程建模和辨識領域。

背景技術

CSTR反應器是一種常見的化工過程反應裝置，同時，由于其具有的寬工作域特性，使其成為化工過程十分重要的技術和研究對象?，F今，通過在多個工作域進行操作，可以靈活的生產出多種化工產品，從而大大提升了反應器的競爭力。作為一類典型的化工反應過程，其過程動態特性得到了廣泛的研究。

工業控制智能化需求的提高，使得實現系統響應的快速性、穩定性和準確性控制的要求愈加嚴格。但是實際過程不可避免地存在著時延，如化工、電力、冶金等過程工業，由于缺乏在線監測設備或者設備可靠性差等原因，某些指標產品的關鍵變量只能通過人工采樣、實驗室化驗分析來獲取，造成了建模數據存在時延；控制系統中傳感器、執行器、網絡信號傳輸等也會引起時延。時延的變化、不確定等因素給控制器的設計和系統穩定性分析帶來極大的困難，難以有效地控制和提高生產效率，降低成本。因此，研究這類存在時延的系統建模和辨識方法具有極為重要的意義。

發明內容

1、本發明的目的

本發明要解決的技術問題是提供一種基于CSTR反應器的時延狀態空間系統的狀態濾波和參數估計方法，以達到對系統參數及狀態辨識的高精度。

2、本發明所采用的技術方案

利用雙輸入雙輸出的形式表示CSTR反應器中時延狀態空間模型的結構，模型的具體表達式：

x(t+1)＝Ax(t)+Bx(t-d)+Fu(t), (1)

y(t)＝Cx(t)+v(t). (2)

本發明考慮CSTR中一個放熱反應，其中x(t)∈Rⁿ是不可測的狀態變量，n為實數，t為時間，選取CSTR反應器中冷卻液流速作為模型的輸入變量：u(t)＝[u₁(t),u₂(t)]^T∈R²，產物濃度作為輸出變量：y(t)＝[y₁(t),y₂(t)]^T∈R²，v(t)＝[v₁(t),v₂(t)]^T∈R²是CSTR反應器中的白噪聲，由于CSTR反應器中傳感器的時延反應，使得模型具有時延d，A∈R^n×n，B∈R^n×n，F∈R^n×2和C∈R^2×n是需要辨識的系統參數矩陣；

由于模型是一個多變量系統，所以直接辨識很困難，并且需要分解模型?；诒孀R模型分解的思想，將雙輸入雙輸出模型分解為兩個雙輸入單輸出子系統，每個子系統具有較小的維數和變量，并計算出每個子系統。由于模型(1)–(2)包含系統的未知參數向量/矩陣和不可測量的狀態向量，這很難識別，因此本發明用可測量的輸入和輸出表示狀態向量。首先分析第一個子系統，