[发明专利]连续搅拌反应釜的自适应模糊动态面控制装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学工业控制领域的控制方法，具体的说，是连续搅拌反应釜的自适应模糊动态面控制方法。

背景技术

反应釜是化工生产过程中广泛应用的一种化学反应器，由于其本身的强非线性、时变、大滞后等特性，使得反应釜成为一种涉及多种因素的复杂系统，其控制质量直接影响到生产的效率和质量指标。反应釜内的特征参量一般为温度、压力、浓度等，对这些参数控制的好坏直接影响生产物的质量。连续搅拌反应釜是釜式反应器的一种，它是工业生产过程中最常用的化学反应器，既可进行匀相反应，又可进行多相反应，如液固、气液、液液及气固液等反应，其内部有搅拌装置，可以使反应器中反应区的反应物料浓度均一。其运行特点是投资少、热交换能力强和产品质量稳定等，因而在工业生产中得到了广泛的应用，也就具有很大的研究价值。

反应釜温度控制的品质直接影响产品质量和产量。由于化工生产过程既是放热的化学反应过程，又是物理变化过程，聚合反应机理复杂，如果不及时移去反应热，将使反应剧烈超出正常范围，易引起“爆聚”或产生安全阀跳；如果加入过量的冷水又将使反应激落，甚至造成“僵釜”现象，直接影响到产品的质量和产量，严重时会危及工作人员的生命安全。因此反应釜温度控制对于保证反应釜产品质量和安全生产起着至关重要的作用。反应釜的温度控制系统的任务是在保证系统稳定的条件下，通过选择合适的控制变量，准确控制反应釜内的浓度或温度以达到控制目的。

目前对连续搅拌反应釜温度的控制一般采用PID控制，其控制系统由模数转换装置、控制器、电位放大器、滤波器、数模转换装置、和各种传感器组成。具体实施办法是将反应釜的非线性模型在工作点进行线性化处理，进而根据PID思想设计控制器。PID控制器算法简单，鲁棒性好，但其仅适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。然而连续搅拌反应釜的生产过程是一个强非线性、时变、大滞后的反应过程，系统的一些参数不断变化，导致系统模型中不可避免的存在未建模动态和不确定项，且实际生产过程中会导致反应釜工作点漂移，因此基于工作点线性化处理系统模型的方法，如PID控制器，就不再适用。

经过对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号：CN101637711，专利名称：一种反应釜高效控温方法及装置，该专利描述了一种控制反应釜温度的方法。该方法将温度划分为四个阶段，用不同的阈值来区分，并分别采用固定的控制输出(固定电位值)、模糊PID控制输出的方法来调整反应釜温度。中国专利公开号：CN101349925，专利名称：一种带夹套的反应釜温度控制系统及其温度控制方法，该专利描述了一种带夹套的反应釜温度控制方法。该方法测量夹套和反应釜内的温度，并对这两部分装置分别采用不同的PID控制器控制。上述方法所采用的均是PID控制方法，因而本质上均属于线性控制的范畴，不适合于连续搅拌反应釜这种强非线性、时变、大滞后的复杂系统，不能实现最优控制。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于连续搅拌反应釜的自适应模糊动态面控制装置及控制方法，该控制方法是一种非线性控制方法，能够在线逼近系统未建模动态和不确定项，简化控制器的结构，大大提高控制的精度，减少控制响应时间。

本发明的技术方案是这样实现的：

连续搅拌反应釜的自适应模糊动态面控制装置，包括传感器系统、A/D转换器、计算机、滤波器、自适应模糊动态面控制器、D/A转换器、信号放大器和执行器，自适应模糊动态面控制器包括模糊逼近器、参数自适应调整器和动态面控制器；传感器的输出端连接到A/D转换器的输入端，A/D转换器的输出端连接到计算机的输入端，计算机的输出端连接到滤波器的输入端，滤波器的输出端分别连接到模糊逼近器、参数自适应调整器和动态面控制器的输入端，模糊逼近器和参数自适应调整器的输出端均连接到动态面控制器的输入端，动态面控制器的输出端连接到D/A转换器的输入端，D/A转换器的输出端连接到信号放大器的输入端，信号放大器的输出端连接到执行器。

上述连续搅拌反应釜的自适应模糊动态面控制装置，传感器系统包括温度传感器和浓度传感器。

上述连续搅拌反应釜的自适应模糊动态面控制装置，滤波器为Kalman滤波器。

上述连续搅拌反应釜的自适应模糊动态面控制装置，执行器为气动调节阀。

利用上述连续搅拌反应釜的自适应模糊动态面控制装置的控制方法，包括以下步骤：

(a)利用传感器系统测出连续搅拌反应釜的工作参数信息并将工作参数信息传输给A/D转换器；

(b)通过A/D转换器将工作参数信息转换成数字量，经滤波器滤波后传送给自适应模糊动态面控制器；