[发明专利]MIMO非最小相位CSTR反应器的非线性控制器设计方法

权利要求书

1.一种MIMO非最小相位CSTR反应器的非线性控制器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据实际的化工生产过程对CSTR进行状态空间建模，得到系统的非线性数学模型；

(2)将系统的非线性数学模型进行状态反馈线性化，得到一般形式的MIMO线性化标准型；

(3)将MIMO线性化标准型进行拆分，将其分解为若干线性子系统部分和一个SISO线性化标准型子系统部分，对各子系统单独设计控制器；

(4)为了确保所设计的控制器能有效控制具有非最小相位特性的SISO线性化标准型子系统，给出了该控制器的一般形式，控制器中的待定参数通过极点配置和李雅普诺夫稳定性理论来确定。

2.根据权利要求1所述的MIMO非最小相位CSTR反应器的非线性控制器设计方法，其特征在于，所述步骤(1)中，实际生产过程所选用的是利用CSTR生产环戊烯这一化工过程，建立其状态空间模型如下式所示：

状态方程：

dCAdt=-k1(T)CA-k3(T)CA2+(CA0-CA)FVdCBdt=k1(T)CA-k2(T)CB-CBFVdTdt=(-ΔH1)k1(T)CA+(-ΔH2)k2(T)CBρCρ+(-ΔH3)k3(T)CA2+QHρCρ+(T0-T)FV]]>

系统的被控输出为：

y1=Ty2=CB]]>

其中，T是反应温度，C_A、C_B分别是物质A'和B'的浓度，F是物质A'的输入流量，V是CSTR的常容积；控制输入u₁＝F/V为稀释率，u₂＝Q_H为单位体积增加或减少的热量；C_ρ是热容量，ρ是混合物的密度；ΔH_i是反应热；速率系数k_i(T)由下列的Arrhenius方程给出：

i＝1,2,3分别对应CSTR三个反应过程，

其中，各过程的反应时间常数为k_i0，反应激活能量为E_i，R为气体常数；

控制目标是：通过调节被控输入u₁＝F/V和u₂＝Q_H来使输出y₁＝T和y₂＝C_B分别稳定在设定的平衡点T_S、C_BS上，此时物质A'的浓度相应记为C_AS，(C_AS,C_BS,T_S)为系统达到稳态时的平衡点。