【摘 要】
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自动化程度是权衡一个产业现代化程度的重磅砝码,连续搅拌反应釜(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)是石化行业中最广泛应用的设备,其性能表现与产业效益息息相关,对其控制研究也就具备了一定的研究意义和经济价值。由于CSTR的高复杂性,需要为CSTR设计一个良好的控制算法。滑模控制属于一类特殊的变结构控制,其特有的滑动模态使被控系统具备了良好的鲁棒性和优秀的动、静特
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自动化程度是权衡一个产业现代化程度的重磅砝码,连续搅拌反应釜(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)是石化行业中最广泛应用的设备,其性能表现与产业效益息息相关,对其控制研究也就具备了一定的研究意义和经济价值。由于CSTR的高复杂性,需要为CSTR设计一个良好的控制算法。滑模控制属于一类特殊的变结构控制,其特有的滑动模态使被控系统具备了良好的鲁棒性和优秀的动、静特性。因此本文采用滑模控制方法对CSTR系统进行控制研究。首先,本文通过CSTR机理建模得到其数学模型,针对CSTR系统的非线性问题设计了离散时间滑模控制器。针对一般离散时间滑模控制中的抖振问题,通过分析其控制率,设计了基于等效控制的离散时间滑模控制。对于系统中的未建模不确定性问题,采用了自适应控制方法进行补偿设计,提高了系统的稳态性能。其次,考虑被控系统运行中的外部干扰问题,设计了基于干扰观测器的离散时间滑模控制算法。针对普通干扰观测器的收敛域问题,设计了变增益干扰观测器,进一步提升了被控系统的稳态性能。随后通过干扰观测器和自适应率结合的方式同时削弱了外部干扰和建模不确定性对系统的影响。再次,考虑到控制器实际应用中被控对象模型复杂性,为了保证系统性能,本文在系统工作点处对被控对象进行线性化,通过最优控制方法设计最优滑模面,然后通过设计预设性能积分滑模面使被控系统始终进行最优滑模运动,并通过干扰观测器同时实现了对未知匹配与非匹配不确定性的补偿,保证了系统的最优性能。所有控制方法均通过李雅普诺夫函数证明了其可行性与闭环稳定性,仿真也验证了所提出方法的有效性。最后,通过实验平台对所设计控制器进行实验验证,结果展现了所提出控制器的有效性。
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