基于干扰观测器的苯乙烯本体聚合抗干扰分布形状控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于干扰观测器的苯乙烯本体聚合抗干扰分布形状控制方法，包括：根据苯乙烯本体聚合反应中的基元反应，得到聚合物的参数化模型；引入B样条函数对系统输出的粒径分布函数进行逼近，计算相应时刻的权向量，基于输入输出数据对，采用子空间辨识法建立权向量和控制输入之间的状态空间模型；根据状态空间模型，同时考虑干扰存在的情况，分别设计PI型控制器以及干扰观测器，实现对未知干扰的估计以及对输出分布函数的有效控制；结合李雅普诺夫稳定性分析方法，求解得到对应控制器增益和观测器增益，完成苯乙烯本体聚合过程的抗干扰控制，本发明专利技术能够提供可靠的抗干扰性能，提高了苯乙烯本体聚合反应过程的稳定性。提高了苯乙烯本体聚合反应过程的稳定性。提高了苯乙烯本体聚合反应过程的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于干扰观测器的苯乙烯本体聚合抗干扰分布形状控制方法


[0001]本专利技术涉及一种抗干扰分布方法，特别涉及一种苯乙烯本体聚合抗干扰分布形状控制方法，属于抗干扰控制


技术介绍

[0002]过去的几十年，随机系统的控制在控制理论和应用方面是很有活力的研究方向，对其进行深入研究和应用具有重要意义。随着科学技术的不断发展，理论创新的不断深入，随机系统广泛渗透到航空航天、电子、通信、天文、医学、生化、金融等领域。早期的随机系统控制研究关注于系统变量本身的统计特性，典型的范例包括最小方差控制、线性高斯二次型和具有马尔科夫跳变参数的系统等。考虑系统输出的一阶、二阶统计特性，即均值和方差作为准则函数可以实现随机系统输出跟踪误差最小或是输出概率密度函数形状跟踪，在系统受到高斯噪声影响时，这是很有效的解决办法。在这些方法中，大多数输入噪声可以视为白噪声序列产生的有色噪声，因此假设系统中所有的变量都服从高斯分布。基于高斯噪声的假设，随机控制系统的理论与应用取得了大量的成果。
[0003]一方面，由于随机输入源的本质和系统的非线性等特性，非高斯变量广泛存在于随机系统中，即使是高斯输入，系统的非线性也将使得系统的输出转变成非高斯分布，甚至还是非对称多峰值的随机分布。此时，均值和方差就不足以用来描述随机特性了。事实上，许多复杂工业过程仅通过单一的输出值是无法准确描述的，而是需要更为具体的分布图像，即通过输出的分布函数来刻画。随着先进仪器和数据处理技术的发展，系统输出分布函数的获取也变得越来越方便可靠。这类系统控制的主要目标是跟踪到随机系统的输出分布函数，也称为分布形状控制或者是随机分布控制。
[0004]另一方面，几乎所有的系统都存在外部干扰，例如运动控制系统、机器人操纵系统、复杂化工过程、终端滑模系统以及飞行控制系统等。因此抗干扰控制的问题吸引了学术界和工程界的广泛关注。为了最大化抗干扰的适用范围，自然界中的干扰通常可以分为范数有界干扰、谐波干扰、高斯/非高斯干扰以及中立稳定外部系统产生的干扰等。基于扰动观测器的控制策略(DOBC)的基本思想是利用观测器来估计外部干扰对系统的影响，并在前馈通道加以补偿。不同于被动控制抗干扰方法，DOBC提供了一种主动有效的方法来处理干扰，提高了闭环系统的稳定性，已经在各种控制系统中得到了广泛应用。
[0005]聚合物指高分子化合物，一般是相对分子质量高达几千到几百万的化合物。自由基聚合是一种常见的生成聚合物的方法，其反应包含链引发、链增长、链终止、链转移四个过程。链引发反应速率最低，是控制整个聚合反应总速率的关键。在链增长过程中，单体自由基一旦生成，便立即与第二个单体加成，生成含有两个单体单元的链自由基，链自由基的活性并不衰减，立即与第三个、第四个单体等加成，链自由基的聚合度迅速增加。接着，链自由基与单体、引发剂或己形成的大分子发生转移反应，使链自由基活性消失，终止为大分子，进而生成聚合物产品。对于苯乙烯聚合过程，与一般聚合物的聚合过程相似，单体经一系列化学反应最终转变成聚合物。通常来讲，用于描述聚合物产品质量的性能指标常见的
包括数均分子量、重均分子量、多分散性指标等，但是这些评价指标均属于一维标量，难以充分表征聚合物产品质量。而分子量分布由于可以在微观结构上揭露聚合物质量，因而可以看成是一种更好的性能指标。综上，研究化工聚合过程的分子量分布控制问题是十分重要的，本质上这也是一种典型的灰箱系统分布形状控制问题，需要从建模和控制器设计等多方面进行讨论和分析。但依旧存在不少难点，例如数据建模问题、分布约束控制问题、干扰存在时的系统的稳定性以及动态跟踪性能等。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于干扰观测器的苯乙烯本体聚合抗干扰分布形状控制方法，用来解决现有反应体系存在输入干扰的情况下稳定性差以及粒径分布形状控制等问题。
[0007]本专利技术的目的是这样实现的：一种基于干扰观测器的苯乙烯本体聚合抗干扰分布形状控制方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1)根据苯乙烯本体聚合的基元反应，得到聚合物的分子量分布模型；
[0009]步骤2)接着根据分子量分布模型对系统输出粒径分布函数进行B样条逼近，计算相应时刻权向量，收集权向量控制输入输出数据对，采用子空间辨识法建立权向量和控制输入之间的状态空间模型；
[0010]步骤3)再根据建立的状态空间模型，同时结合干扰存在，分别设计PI型控制器以及干扰观测器，实现对未知干扰的估计以及对输出分布函数的有效控制；
[0011]步骤4)结合李雅普诺夫稳定性分析法，求解得到对应控制器增益和观测器增益，并将其带入状态空间模型进行应用完成苯乙烯本体聚合的抗干扰反应。
[0012]作为本专利技术的进一步限定，步骤1)中苯乙烯本体聚合的基元反应过程如下：
[0013]链引发：
[0014][0015][0016]链增长：
[0017][0018]链转移：
[0019][0020]链终止：
[0021][0022]得到聚合物的分子量分布模型为：
[0023][0024]其中，R为活性自由基，即是活性聚合物，j为分子链长，I为引发剂，M为单体苯乙
烯，Z表示终聚物，下标n,m代表链长，K
d
,K
i
,K
p
,K
trm
,K
t
是反应速率常数，V是反应器体积，F是反应物进料流量，
[0025]作为本专利技术的进一步限定，步骤2)具体为：根据分子量分布模型，设聚合物的分子量分布表达如下：
[0026][0027]其中f表示不同链长的聚合物浓度Z
j
落在[a,b]上的概率，u(t)代表控制输入，即单体苯乙烯的输送流量，d(t)表示未知干扰，并且满足：
[0028][0029]其中w(t)为干扰状态，ξ,N表示和干扰类型相关的参数。
[0030]引入方根B样条函数对输出的分布函数进行逼近，得到：
[0031][0032]其中v
i
(t)＝v
i
(u(t)，d(t))(i＝1,2...,n)是与控制输入有关的权值，B
i
(y)(i＝1,2...,n)是预先设定的样条基函数；
[0033]得到基于B样条逼近的分布函数模型为：
[0034][0035]据此计算得出权向量，考虑权向量动态，采用子空间辨识法得到系统的参数矩阵A，B，C；根据计算得到的系统矩阵，建立状态空间模型：
[0036][0037]作为本专利技术的进一步限定，步骤3)具体为：
[0038]定义新的增广变量增广系统描述为：
[0039][0040]其中e
v
＝V(t)
‑
V
g
，V
g
为期望权重向量；接下来构造非线性干扰观测器被提出用来估计干扰，具体形式如下：
[0041][0042]式中是干扰的估计值本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于干扰观测器的苯乙烯本体聚合抗干扰分布形状控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)根据苯乙烯本体聚合的基元反应，得到聚合物的分子量分布模型；步骤2)接着根据分子量分布模型对系统输出粒径分布函数进行B样条逼近，计算相应时刻权向量，收集权向量控制输入输出数据对，采用子空间辨识法建立权向量和控制输入之间的状态空间模型；步骤3)再根据建立的状态空间模型，同时结合干扰存在，分别设计PI型控制器以及干扰观测器，实现对未知干扰的估计以及对输出分布函数的有效控制；步骤4)结合李雅普诺夫稳定性分析法，求解得到对应控制器增益和观测器增益，并将其带入状态空间模型进行应用完成苯乙烯本体聚合的抗干扰反应。2.根据权利要求1所述的基于干扰观测器的苯乙烯本体聚合抗干扰分布形状控制方法，其特征在于，步骤1)中苯乙烯本体聚合的基元反应过程如下：链引发：链引发：链增长：链转移：链终止：得到聚合物的分子量分布模型为：其中，R为活性自由基，即是活性聚合物，j为分子链长，I为引发剂，M为单体苯乙烯，Z表示终聚物，下标n,m代表链长，K
d
,K
i
,K
p
,K
trm
,K
t
是反应速率常数，V是反应器体积，F是反应物进料流量，3.根据权利要求2所述的基于干扰观测器的苯乙烯本体聚合抗干扰分布形状控制方法，其特征在于，步骤2)具体为：根据分子量分布模型，设聚合物的分子量分布表达如下：其中f表示不同链长的聚合物浓度Z
j
落在[a,b]上的概率，u(t)代表控制输入，即单体苯乙烯的输送流量，d(t)表示未知干扰，并且满足：
其中w(t)为干扰状态，ξ,N表示和干扰类型相关的参数。引入方根B样条函数对输出的分布函数进行逼近，得到：其中v
i
(t)＝v
i
(u(t)，d(t))(i＝1,2...,n)是与控制输入有关的权值，B
i

【专利技术属性】
技术研发人员：裔扬，顾翔，张晓莉，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：