[发明专利]一种基于双层结构模型预测控制的微波高温反应器温度精确控制的方法

权利要求书

1.一种基于双层结构模型预测控制的微波高温反应器温度精确控制的方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

步骤1、根据微波高温反应器工作时所需元件以及工作过程建立微波高温反应器加热过程的数学模型；

步骤2、确定微波高温反应器工作时的操作变量MV、被控变量CV以及各项软硬约束，判明并设置各变量以及约束优先级别，判明操作变量MV、被控变量CV之间的相关耦合关系；

步骤3、对微波高温反应器进行分析得出双层结构模型预测控制的第一层，即稳态目标计算层的目标函数；

步骤4、对微波高温反应器进行系统辨识得出双层结构模型预测控制的第二层，即动态控制层的控制策略；

步骤5、优化设定所须反应温度并基于前述步骤1～4的结果，得出应该采用的最优MV增量并以此增量对微波高温反应器进行实时动态控制，进而动态跟踪设定温度实现反应过程温度的优化控制；

所述步骤1中，微波高温反应器的工作过程是通过对磁控管输入电功率进行调节从而控制反应温度，进一步的是通过调节磁控管输入阳极电压来调节磁控管输入电功率，其中磁控管模块为4个最大功率为1.5KW的磁控管组成，为实现减小磁控管之间相互影响提高加热效率的目的，磁控管在微波加热装置中的位置遵循正交布置，总的功率范围为0.3KW-6KW连续可调，最高反应温度为1200℃，磁控管自身发热由冷却水内部循环来降温；温度采集周期为10秒，稳态目标计算层的计算周期为1分钟，动态控制层的计算周期为5秒。

2.根据权利要求1所述的基于双层结构模型预测控制的微波高温反应器温度精确控制的方法，其特征在于：所述步骤2中，确定微波高温反应器工作时的操作变量MV为磁控管模块的输入功率；确定微波高温反应器工作时的被控变量CV为反应物温度以及磁控管模块循环冷却水系统水温；确定微波高温反应器工作时的硬约束为反应温度的上、下限，下限为室温，上限为1200℃，磁控管模块功率的下限为0.3KW，上限为6KW，即每个磁控管的功率硬约束为0.075～1.5KW，软约束为反应温度、磁控管模块功率；反应温度测量由热电偶及红外测温仪进行，其中，室温～1200℃使用K型分度热电偶测温，而600～1800℃使用红外测温仪测温。

3.根据权利要求2所述的基于双层结构模型预测控制的微波高温反应器温度精确控制的方法，其特征在于：所述步骤2中，所述被控变量CV中反应物温度优先级为1，循环冷却水温度优先级为2；在判明并设置所述操作变量MV中优先级时，首先对四个磁控管进行编号，分别为磁控管1、磁控管2、磁控管3、磁控管4，每个磁控管对应的阳极输入电功率的优先级分别对应1、2、3、4；优先级的高低遵循数字越小优先级越高的规则；

MV与CV的相关耦合性判明为：磁控管输入电功率增大时物料温度也相应增高，两者之间呈正相关关系；磁控管输入功率增大时循环冷却水温度相应增高，两者之间呈正相关关系。

4.根据权利要求3所述的基于双层结构模型预测控制的微波高温反应器温度精确控制的方法，其特征在于：CV中反应物温度优先级高于循环冷却水温度优先级，则反应温度的约束比循环冷却水温度的约束更优先获得满足且要优先保证对反应温度的控制，MV中磁控管1输入功率、磁控管2输入功率、磁控管3输入功率、磁控管4输入功率的优先级为磁控管1输入功率磁控管2输入功率磁控管3输入功率磁控管4输入功率，且四个磁控管能够分别进行开关控制。

5.根据权利要求4所述的基于双层结构模型预测控制的微波高温反应器温度精确控制的方法，其特征在于：所述四个磁控管能够分别进行开关控制，微波高温反应器工作时，首先启动磁控管1，若只启动磁控管1无法达到要求反应所需温度或所须总输入功率超过磁控管1功率硬约束时则启动磁控管2，若仍无法达到要求则启动磁控管3，若仍无法达到要求则启动磁控管4，此时，每个磁控管的硬约束对于磁控管模块的功率总的硬约束而言视为软约束。