[發明專利]級聯化學反應器的控制方法及系統

有效

• 申請號: 202110400134.2
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113281997B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 牛奔;蘇薇;張家鳴;王曉梅
• 申請（專利權）人: 山東師范大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 朱忠范

本發明提供一種級聯化學反應器的控制方法及系統，屬于化學反應堆回收系統技術領域，建立級聯化學反應器的動態控制模型；利用徑向基函數神經網絡逼近對動態控制模型中的未知系統函數進行在線逼近，利用反步法和增益抑制不等式，構建級聯化學反應器的自適應指定性能控制器；基于自適應指定性能控制器對二級化學反應器進行控制。本發明將神經網絡通用在線逼近能力和增益抑制不等式技術結合在自適應反步設計框架中，實現了概率上的漸近跟蹤控制，而且滿足了對系統施加的全狀態約束的要求，使控制更加精確，反應器工作性能更加穩定。

技術領域

本發明涉及化學反應堆回收系統技術領域，具體涉及一種使具有兩個反應堆的化學反應系統保持穩定性能的級聯化學反應器的控制方法及系統。

背景技術

在化工行業中，經常使用化學反應堆回收系統來充分利用原材料，并在網絡控制、電氣網絡、化學反應等方面起著重要的作用。因此，越來越多的研究者從工業、農業、環境保護等領域研究化學反應器，使得化學反應堆回收系統在工程領域成為一個熱點話題。

在傳統的研究中，首先對一個二級化學反應器系統進行坐標變換，之后應用自適應反步法設計控制器使得二級化學反應器達到指定性能。但大部分研究沒有考慮到未知控制增益和全狀態約束問題，而使反應器不能按照指定的性能進行穩定的工作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種實現了概率上的漸近跟蹤控制、滿足了對系統施加的全狀態約束的要求的級聯化學反應器的控制方法及系統，以解決上述背景技術中存在的至少一項技術問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：

一方面，本發明提供一種級聯化學反應器的控制方法，包括：

建立級聯化學反應器的動態控制模型；

利用徑向基函數神經網絡逼近對動態控制模型中的未知系統函數進行在線逼近，利用反步法和增益抑制不等式，構建級聯化學反應器的自適應指定性能控制器；

基于自適應指定性能控制器對二級化學反應器進行控制。

優選的，建立級聯化學反應器的動態控制模型包括：根據反應堆停留時間、反應組合物的反應常數、進料速率、反應堆的體積，構建級聯化學反應器的動力學方程，對動力學方程進行坐標變換，建立所述動態控制模型。

優選的，構建級聯化學反應器的動力學方程包括：

所述級聯化學反應器為二級化學反應器，構建其動力學方程如下：

其中，x₁和x₂表示反應組合物，T₁和T₂分別表示x₁和x₂的反應堆停留時間，K₁和K₂分別表示x₁和x₂的反應常數，F表示進料速率，G₁和G₂分別表示x₁和x₂的反應堆體積，R₁和R₂表示常數，y表示系統的輸出，u表示系統的輸入，w表示獨立標準布朗運動，t表示時間。

優選的，結合徑向基函數神經網絡逼近，確定自適應率，計算虛擬控制信號。

優選的，構建判別函數，不斷更新虛擬控制信號和自適應率，直到微分算子公式誤差為零。

優選的，微分算子公式由動力學方程結合隨機系統確定。

優選的，利用更新好的虛擬控制信號和自適應率，結合反步法和增益抑制不等式，計算自適應指定性能控制器。

第二方面，本發明提供一種級聯化學反應器的控制系統，包括：