[发明专利]基于连续搅拌反应釜的多目标分层预测控制方法

说明书

技术领域

本发明属于流程工业优化控制领域，特别涉及一种基于非线性模型离散化的多目标双层预测控制方法。

背景技术

连续搅拌反应釜是一种具有强非线性的化学反应器，是化工生产过程中的核心设备。控制性能的好坏直接影响生产效率和产品质量，因此，很多学者致力于CSTR控制方法的研究，但是该模型具有复杂的非线性，至今对其仍未有一致的控制方法。

单纯考虑控制目标的控制方法虽然保证了产品质量，但是忽略了经济效益，从长远来看对工厂生产不利。采用稳态目标函数为各优化目标函数加权的两级分层控制方法，虽然考虑了控制目标和经济效益，但各优化目标函数的优先级很难保证，权重的选择尚未有一定的准则。采用模型线性化的两级分层控制方法，存在线性化误差，对CSTR这种强非线性、实时控制的系统，误差带来的影响尤其不能忽视。同时，对CSTR这种需要控制出口浓度值，该值又很小的系统扰动不容忽视。因此，本发明基于CSTR模型特点，已存在的CSTR控制方法的不足，提出一种基于连续搅拌反应釜的多目标分层预测控制方法。

发明内容

本发明的目的在于针对CSTR强非线性、生产过程中需要兼顾控制性能和经济指标的特点，提出一种CSTR多目标双层预测控制方法，该方法能够处理扰动对控制算法的影响，避免对模型进行线性化处理，同时能够按照优先级保证控制优化目标。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于连续搅拌反应釜的多目标分层预测控制方法，该方法包括以下步骤：

(1)采集状态变量x(t)和输入变量u(t)的初始值，所述状态变量x(t)包括出口浓度、反应器体积、反应器温度，所述输入变量u(t)包括反应器之间的传热量、反应器出口阀位；

(2)将步骤1中的状态变量x(t)和输入变量u(t)的初始代入到CSTR动态模型y(t)＝g(x(t))中。很据动态模型得到CSTR稳态优化模型y(t)＝g(x(t))，为x(t)的导数；y(t)表示输出变量，所述输出变量包括反应器混合物出口浓度、反应器温度，f、g表示模型方程；

(3)对CSTR稳态优化模型、CSTR动态模型采用联立法中的有限元正交配置法进行离散化处理，确定输入变量u(t)的预测值和输出变量y(t)的预测值，并确定使工厂经济效益最大化的输出最优值输入最优值为动态控制层提供最优控制目标，所述通过以下方法得到：

(3.1)可稳性判断，确定系统稳定时输入变量允许波动的范围u'_min,u'_max；

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