MPCE实验装置连续反应过程建模与控制算法研究

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多功能过程控制实验装置(MPCE)是一类模拟仿真真实工业生产过程的装置,可以通过研究该实验装置的控制理论和算法转化为应用技术。聚丙烯连续反应过程是一种具有复杂非线性系统特征的多变量生产过程,直接在实际生产中研究其建模和控制算法,可能会引起很严重的后果。MPCE连续反应过程系统完全仿真实际的聚丙烯生产过程,在MPCE实验装置上研究聚丙烯生产过程建模和先进控制算法是事半功倍的安全方法。  本文首先介绍了MPCE-1000实验装置的组成,在分析丙烯聚合反应机理的基础上,根据物料平衡和反应釜能量平衡原理,建立丙烯聚合生产过程的动态数学模型。详细分析了系统的热稳定性和模型的非线性特性,指出系统存在一个稳态工作点,在工作点处对模型进行线性化处理,获得一个线性的状态空间模型。利用MPCE装置,进行阶跃响应实验,采用子空间辨识方法对状态空间模型参数进行辨识。在MATLAB软件中比较仿真曲线和实际系统运行曲线,验证所建模型的有效性。再利用系统辨识得到的状态空间模型作为预测模型,设计多变量DMC控制方法,通过比较多变量DMC和实际系统PID控制效果,验证多变量DMC方法的优越性。针对连续反应过程温度系统具有严重的非线性,选取多个温度工作点,在每个工作点对模型进行线性化,得到多个线性子模型,然后在采用递推贝叶斯加权法计算每个子模型加权值的基础上设计多模型DMC(MMDMC)控制策略,通过比较多模型和单模型的DMC控制效果,表明MMDMC策略具有更加优良的控制特性。
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