[發明專利]化學反應器溫度濃度系統的新型事件觸發控制器設計方法

在審

• 申請號: 202111248175.0
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN113885621A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 宋曉娜;宋帥;張其源;孫祥亮;孫鵬;莫凡;韓超杰;武娜娜;王雪梅
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: G05D27/02
• 分類號: G05D27/02
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 李現艷

1.化學反應器溫度濃度系統的新型事件觸發控制器設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、基于偏微分方程構建帶有攝動參數的化學管式反應器溫度濃度控制系統的動力學模型；

步驟2、將步驟1建立的溫度濃度動力學模型簡化為通用的PDE模型，并通過T-S模糊規則對PDE模型進行線性化處理；

步驟3、定義時間空間雙采樣機制及基于采樣的事件觸發機制，并結合T-S模糊規則設計化學管式反應器溫度濃度系統的控制器；

步驟4、通過對化學管式反應器溫度濃度系統進行穩定性分析求解控制器的增益矩陣；

步驟5、將求解的控制器的增益矩陣帶入步驟3的化學管式反應器溫度濃度系統的控制器中，完成化學管式反應器溫度濃度系統控制器的設計。

2.根據權利要求1所述的化學反應器溫度濃度系統的新型事件觸發控制器設計方法，其特征在于：所述步驟1的具體過程為：

根據化學管式反應器溫度濃度系統的特性，建立化學管式反應器溫度濃度系統的動力學模型：

其中T和C代表反應物的溫度和濃度；t，s和ε分別表示時間、空間變量和攝動參數；λ_ea代表軸向能量彌散系數；ρ是反應物密度；C_p表示比熱容；ν代表流體速度；k₀是動力學常數；E是活化能；R是氣體常數；h是傳熱系數；d是反應器直徑；T_w是冷卻液溫度；ΔH是反應熱；

引入新變量x₁，x₂和x_w，并定義：

其中T_in和C_in代表入口溫度和反應物濃度，則公式(1)可表示為：

其中

且相關邊界條件如下：

x₁|_s＝0(L)＝x₂|_s＝0(L)＝0,x_1,s|_s＝0(L)＝x_2,s|_s＝0(L)＝0 (3)

此外，假設系統的平衡狀態為x_1e和x_2e，其滿足：

結合(2)和(4)可得到誤差系統:

其中x_1e＝0。

3.根據權利要求2所述的化學反應器溫度濃度系統的新型事件觸發控制器設計方法，其特征在于：所述步驟2中，將動力學模型簡化后形成的通用的PDE模型為：

其中和代表系統的狀態；和代表狀態對時間的導數；和代表狀態對空間的導數；和是公式(5)中的非線性函數；z₁(s)和z₂(s)滿足狄拉克函數；u代表控制輸入；

通過T-S模糊規則對PDE模型進行線性化處理后得到的T-S模糊模型為：

其中

h_i代表隸屬度函數且滿足

4.根據權利要求3所述的化學反應器溫度濃度系統的新型事件觸發控制器設計方法，其特征在于：所述步驟3中，在空間域只需要測量i個狀態信息點，而在時間域以時間n為間隔測量，然后定義：表示基于時間空間采樣后系統狀態；

表示滿足事件觸發條件而傳輸的系統狀態；

以及集成了時間和空間域的事件觸發機制：

其中Ω是正定矩陣；ρ是事件觸發的閾值；

θδ(s,t)表示與動態事件觸發機制有關的函數，其滿足：

其中表示測量狀態與事件觸發最后傳輸狀態的差值；

則設計的控制器為：

其中K_pj是控制器增益矩陣；

結合公式(6)和(10)，得到閉環系統為：

。

5.根據權利要求4所述的化學反應器溫度濃度系統的新型事件觸發控制器設計方法，其特征在于：步驟4中，通過李雅普諾夫函數對化學反應器溫度濃度系統進行穩定性分析，以求解控制器的增益矩陣。

6.根據權利要求5所述的化學反應器溫度濃度系統的新型事件觸發控制器設計方法，其特征在于：步驟5中，在完成化學管式反應器溫度濃度系統控制器的設計后，通過Matlab仿真驗證設計方法的有效性。