[发明专利]一种多化学反应罐反应液体积一致性控制器系统及设计方法

说明书

本发明公开了一种多化学反应罐反应液体积一致性控制器系统及设计方法。本发明包括将化学反应罐视为跟随者，其与期望的化学反应罐反应液体积通过通信拓扑图连接成的网络化系统作为被控对象，利用反步法设计自适应控制器，使得化学反应罐的反应液体积跟踪领导者的参考反应液体积。本发明在系统中考虑了随机项，通过利用伊藤引理处理随机多智能体系统中的求导问题；设计状态观测器，基于系统输信号设计状态观测器来估计系统状态考虑输入饱和环节；采用神经网络逼近饱和函数中的未知数；在控制律中增加附加项，避免奇异现象；采用动态面方法，可减少复杂求导过程。

技术领域

本发明涉及化学反应罐内的反应液体积控制领域，尤其涉及多化学反应罐反应液体积一致控制器结构及设计方法。

背景技术

化学反应罐是实现反应过程的关键设备，广泛应用于化工、炼油、制药、轻工等工业部门。理论上，所有实际系统都受到某些不确定因素的影响，如环境因素、建模误差、测量误差、元件老化、外界干扰等等不可抗拒的不确定因素，使得系统建模过程中往往存在参数估计误差、时滞不确定性、随机干扰或系统未建模动态等等。一些不确定因素往往服从某种统计规律，我们把达种具有统计规律的不确定因素称为随机因素。随机系统理论的发展离不开确定性理论的基础。十九世纪20年代，法国科学家Brown偶然发觉花粉微粒的随机扩散运动现象，并在其著作中运用数学知识加以描述，进而创立了随机控制理论。伴随着随机理论的进一步发展，日本数学家提出了伴随有布朗运动干扰项的随机微分方程。至此，随机系统成为控制领域新分支并受到了广大学者的高度关注。在2014年，Wang等人研究了具有滞后非线性的随机非线性系统的自适应跟踪控制问题，为了克服控制器设计困难，采用变量分离技术将所有状态变量的未知函数分解为每个误差动态的光滑函数之和。在2017年，Chen等人针对随机严格反馈系统，提出了一种自适应模糊控制策略，实现了随机系统跟踪控制。Shen等人在2017年研究了一类具有输出约束的随机非线性切换系统的模糊自适应跟踪控制问题。

近几十年来，多智能体系统的一致控制己经吸引了大量的关注并得到了长足的发展。如今单个化学反应罐已经不能满足生产的需求，需要多个化学反应罐协同起来一起工作。1986年麻省理工学院的著名人工智能科学家Minsky提出了多智能体的概念。2015年Achim等人将化学反应器作为研究模型，研究了非线性系统的自适应输出反馈控制问题，其目标是反应器内反应温度随期望设计值变动。Huang等人在2017研究了不确定性二阶随机多智能体系统在有向拓扑下的固定时间一致性控制问题，并设计了一种新的非奇异固定时间快速终端滑模面。在2017年，Chang等人讨论了具有外部干扰的随机非线性多智能体系统的一致性控制问题，设计了一种自适应一致控制器，通过Lyapunov理论，证明了一致性误差可以收敛到原点附近的邻域内。在2018年，Yoo等人研究了一类切换非线性多智能体系统在有向通信网络下的一致性控制问题，提供了一种通用的控制策略来处理一致性领域中的非线性切换多智能体系统。在2018年，研究阶非线性随机多智能体系统的领导者与跟随者的一致性控制问题，由于每个跟随者的速率是不可测量的，Ren等人为每个跟随者建立分布式降维观测器，估计其未知速率。Niu等人在2019年研究了一类不确定随机非线性多智能体系统的时变一致性控制问题，为了处理未知量和时间变化，提出了一种时变一致性控制方案。

在实际工程应用中，对多化学反应罐反应液体积一致性控制时，由于每个化学反应罐系统系统中存在未知状态，无法对各个化学反应罐反应液体积准确控制，以及传统反步法设计过程中容易出现计算复杂的难题，所以设计观测器以及采用动态面方法研究多化学反应罐反应液体积一致性控制研究具有重要的理论意义和现实意义。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明要提出一种多化学反应罐反应液体积一致控制器结构及设计方法，本发明在系统中考虑了随机项，通过利用伊藤引理，使的随机多智能体系统求导的问题的得以解决；本发明设计状态观测器，基于系统输信号设计状态观测器来估计系统状态；本发明考虑输入饱和环节，采用神经网络逼近饱和函数中的未知函数，在控制律中增加附加项，避免奇异现象；本发明采用动态面方法，可减少复杂求导过程。