一种连续搅拌釜式反应器系统的广义预测控制算法技术方案

本发明专利技术涉及一种连续搅拌釜式反应器系统的广义预测控制算法，对连续搅拌釜式反应器系统建立非线性模型，并将其转换为基于U模型的输出预测模型；设定参考轨迹，对该输出预测模型进行广义预测控制，得到系统的伪输入；然后采用弦截法进行迭代计算得到系统的实际输入；本发明专利技术采用弦截法与U模型相结合，使得在求解有关实际输入的非线性方程时，避免了使用牛顿迭代算法时所遇到的求导问题，并减少了计算时间，同时具有较快的收敛速度；简化了非线性系统控制设计问题。

【技术实现步骤摘要】
一种连续搅拌釜式反应器系统的广义预测控制算法
本专利技术涉及一种连续搅拌釜式反应器系统的广义预测控制算法，属于非线性系统控制

技术介绍
在石油化工领域，连续搅拌釜式反应器(CSTR)在化学反应中起着重要的作用，它具有低成本、热交换能力强等优势。同时，它在模型和控制方面具有较高的研究价值。在CSTR过程中，温度过高或过低都会影响反应的深度和反应的转化率，从而影响产品的质量。总之，反应堆温度和反应物浓度的控制一直是化学过程控制领域的研究热点。对于非线性系统来说，一般采用线性化方法，但是线性化方法存在一定的局限性，而且大多数的线性控制方法不能直接应用于非线性系统设计，所以构造一个通用数学模型，对于研究非线性动态系统的模型化控制方法至关重要，这种通用的数学模型就是U模型。将非线性动态系统的多项式模型用U模型的结构表示，从而可以方便的用线性控制系统设计方法对非线性控制系统进行控制。广义预测控制(简称GPC)在保持最小方差自校正控制的在线辨识、输出预测、最小输出方差控制的基础上，吸取了动态矩阵控制(DMC)和模型控制算法(MAC)中的滚动优化策略，同时具有自适应控制和预测控制的性能。G本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续搅拌釜式反应器系统的广义预测控制算法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.构建连续搅拌釜式反应器系统所对应的非线性模型结构，并将非线性模型结构转换为的U模型表达式，获得连续搅拌釜式反应器系统所对应的U模型表达式，然后进入步骤2；步骤2.根据连续搅拌釜式反应器系统反馈的调节因子，构建符合预设要求的连续搅拌釜式反应器系统输出变化轨迹；然后进入步骤3；步骤3.根据连续搅拌釜式反应器系统中广义预测控制器的中间参数，结合丢番图方程，针对连续搅拌釜式反应器系统所对应的U模型表达式，获得连续搅拌釜式反应器系统所对应基于U模型的输出预测模型，然后进入步骤4；步骤4.求解获得丢番图方程的初始解和递推公式，...

【技术特征摘要】
1.一种连续搅拌釜式反应器系统的广义预测控制算法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.构建连续搅拌釜式反应器系统所对应的非线性模型结构，并将非线性模型结构转换为的U模型表达式，获得连续搅拌釜式反应器系统所对应的U模型表达式，然后进入步骤2；步骤2.根据连续搅拌釜式反应器系统反馈的调节因子，构建符合预设要求的连续搅拌釜式反应器系统输出变化轨迹；然后进入步骤3；步骤3.根据连续搅拌釜式反应器系统中广义预测控制器的中间参数，结合丢番图方程，针对连续搅拌釜式反应器系统所对应的U模型表达式，获得连续搅拌釜式反应器系统所对应基于U模型的输出预测模型，然后进入步骤4；步骤4.求解获得丢番图方程的初始解和递推公式，然后进入步骤5；步骤5.根据连续搅拌釜式反应器系统中广义预测控制器的中间参数，结合丢番图方程的初始解和递推公式，针对连续搅拌釜式反应器系统所对应基于U模型的输出预测模型进行求解，获得多步预测输出值，然后进入步骤6；步骤6.根据连续搅拌釜式反应器系统所对应基于U模型的输出预测模型，以及多步预测输出值，结合所构建符合预设要求的连续搅拌釜式反应器系统输出变化轨迹，获得广义预测控制器的最优控制律，然后根据广义预测控制器最优控制律，获得连续搅拌釜式反应器系统的伪输入量，并进入步骤7；步骤7.采用弦截法，针对连续搅拌釜式反应器系统的伪输入量进行求解，获得连续搅拌釜式反应器系统的实际输入量。2.根据权利要求1所述一种连续搅拌釜式反应器系统的广义预测控制算法，其特征在于：所述步骤1中，采用泰勒三阶展开方法以及代数转换，针对连续搅拌釜式反应器系统所对应的非线性模型结构进行转换，获得连续搅拌釜式反应器系统所对应的U模型表达式。3.根据权利要求2所述一种连续搅拌釜式反应器系统的广义预测控制算法，其特征在于：所述步骤2，根据连续搅拌釜式反应器系统反馈的调节因子，构建符合预设要求的连续搅拌釜式反应器系统输出变化轨迹如下所示：yr(k+j)＝βrjyr(k)+(1-βrj)ω(k)其中，yr(k+j)表示(k+j)时刻连续搅拌釜式反应器系统输出反应物的期望浓度，j∈{1、…、P}，P是最大预测步数，Yr(k+1)＝[yr(k+1),yr(k+2),…,yr(k+P)]是(k+1)时刻连续搅拌釜式反应器系统输出反应物浓度的期望矩阵，ω(k)为k时刻连续搅拌釜式反应器系统反应物浓度的设定值，β＝[βr,βr2,…,βrP],Gr＝[1-βr,1-βr2,…,1-βrP],βr为调节因子，一般取[0,1)。4.根据权利要求3所述一种连续搅拌釜式反应器系统的广义预测控制算法，其特征在于：所述步骤3中，根据连续搅拌釜式反应器系统中广义预测控制器的中间参数，结合丢番图方程，针对连续搅拌釜式反应器系统所对应的U模型表达式，由广义预测控制器利用连续搅拌釜式反应器系统所对应历史和未来的输入输出信息，获得连续搅拌釜式反应器系统所对应基于U模型的输出预测模型如下：y(k+j)＝Ej(z-1)ΔU(k+j-1)+Fj(z-1)y(k)+Ej(z-1)ξ(k+j)其中，y(k+j)表示连续搅拌釜式反应器系统(k+j)时刻所输出反应物的浓度，Δ＝1-z-1，z是后移因子，Ej(z-1)和Fj(z-1)是广义预测控制器的中间参数，Fj(z-1)＝fj,0，ξ(k+j)为(k+j)时刻的白噪声干扰，y(k)表示连续搅拌釜式反应器系统k时刻所输出反应物的浓度，ΔU(k+j-1)表示(k+j+1)时刻的最优控制律。5.根据权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁洁，周婷，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32