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技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。本发明专利技术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。

A volume consistency controller system and design method of reaction liquid in multi chemical reaction tank

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术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。
技术介绍
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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多组化学反应罐反应液体积一致性控制器系统，该系统包括若干控制器、若干饱和环节及若干化学反应罐，所述控制器、饱和环节及化学反应罐之间相互连接且通过化学反应罐连接在有向图上，设其中的第i个化学反应罐为跟随者，其与领导者通过通信拓扑图连接成的网络化系统作为被控对象，/n其特征在于：所述的多组化学反应罐反应液体积一致性控制器结构具体由第i个观测器、第i,1个误差单元、第i,2个误差单元、第i个滤波器单元、第i个微分模块、第i个自适应模块、第i个逼近器、第i个化学反应罐、饱和环节、有向图、第i,1个运算单元、第i,2个运算单元、第i个化学反应罐的第一个非线性运算单元和第i个化学反应罐的第二个非线...

【技术特征摘要】
1.一种多组化学反应罐反应液体积一致性控制器系统，该系统包括若干控制器、若干饱和环节及若干化学反应罐，所述控制器、饱和环节及化学反应罐之间相互连接且通过化学反应罐连接在有向图上，设其中的第i个化学反应罐为跟随者，其与领导者通过通信拓扑图连接成的网络化系统作为被控对象，
其特征在于：所述的多组化学反应罐反应液体积一致性控制器结构具体由第i个观测器、第i,1个误差单元、第i,2个误差单元、第i个滤波器单元、第i个微分模块、第i个自适应模块、第i个逼近器、第i个化学反应罐、饱和环节、有向图、第i,1个运算单元、第i,2个运算单元、第i个化学反应罐的第一个非线性运算单元和第i个化学反应罐的第二个非线性运算单元组成；
其中，所述的第i个化学反应罐的输入端与饱和环节的输出端相连；其输出端与第i个观测器的输入端相连；
所述第i个观测器的输出端与第i,2个误差单元的输入端相连；
所述的第i,2个误差单元的输出端分别与第i,2个运算单元的输入端和第i个化学反应罐的第二个非线性运算单元的输入端相连；
第i,2个运算单元的输出端分别与第i个自适应模块的输入端和第i个化学反应罐的第二个非线性运算单元的输入端相连；
第i个化学反应罐的第一个非线性运算单元的输入端和第i个化学反应罐的第二个非线性运算单元的输入端相连；
所述第i个化学反应罐的输出端xi,1分别与有向图的输入端和第i,1个误差单元的输入端相连；所述的有向图的输出端与第i,1个误差单元的输入端相连；
所述第i,1个误差单元的输出端分别与第i个逼近器的输入端、第i,1个运算单元的输入端相连；
所述的第i,1个运算单元的输出端分别与第i个自适应模块的输入端、第i个化学反应罐的第一个非线性运算单元的输入端相连；
所述的第i个自适应模块的输出端分别与第i个化学反应罐的第一个非线性运算单元的输入端和第i个化学反应罐的第二个非线性运算单元的输入端相连；
所述的第i个化学反应罐的第一个非线性运算单元的输出端分别与第i个滤波器单元的输入端和第i个微分模块的输入端相连；所述的第i个滤波器单元的输出端分别与第i,2个误差单元的输入端、第i个微分模块的输入端和第i个化学反应罐的第二个非线性运算单元输出端相连；
所述的第i个微分模块的输出端分别与第i,1个运算单元的输入端和第i,2个运算单元的输入端相连；所述的第i个化学反应罐的第二个非线性运算单元输出端分别与饱和环节的输入端和第i个逼近器的输入端相连；所述的第i个逼近器的输出端与第i个化学反应罐的第二个非线性运算单元的输入端相连；所述的饱和环节的输出端分别与第i个化学反应罐和第i个观测器的输入端相连。


2.根据权利要求1所述的一种多化学反应罐反应液体积一致性控制器系统，其特征在于：针对所述多化学反应罐中反应液的体积状态；其动力学系统模型如下所示：






其中，Vi,A和Vi,B是反应堆容积，Ri,A和RB是循环流量，θi,A和θi,B是反应堆停留时间，Fi是进给流量，ki,A和ki,B是反应常数，xi,1和xi,2是化学反应罐内反应液体积，ωi,1和ωi,2是表示系统外部干扰或不确定性的非线性函数，σi,A和σi,B为所选的参数且均为正常数。


3.根据权利要求1所述的一种多化学反应罐反应液体积一致性控制器系统，其特征在于：所述通信拓扑图的结构是：将跟随者设为节点n1,...,nN，将领导者设为节点n0，故跟随者的通讯结构用有向图Ξ＝{Λ,ε}表示，其中Λ＝{n0,n1,...,nN}表示节点集合，ε＝{(nj,ni)∈Λ×Λ}表示节点ni可以从节点nj获得信息，节点ni的邻居节点定义为接着定义子图来表示跟随者之间的通信，其中


4.如权利要求1-3所述的一种多化学反应罐反应液体积一致性控制器系统的设计方法，其特征在于：其具体包括以下步骤：
步骤4.1、所述第i个观测器表示为：
第i个观测器的输入信号为第i个化学反应罐的输出信号yi和产品流体积ui，经下述公式：

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杨，缪松涛，岳东，司雪峰，张腾飞，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32