[发明专利]基于2D模型的化工热反应釜的模糊变结构控制方法及装置

权利要求书

1.基于2D模型的化工热反应釜的模糊变结构控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.建立化工热反应釜的全局模糊动态演化2D模型如下：

其中，定义其中，W₁(i，j)＝R(iΔx，jΔt)，W₂(i，j)＝T(iΔx，jΔt)；w(i，j)＝w(iΔx，jΔt)，u(i，j)＝u(iΔx，jΔt)，μ_n为μ_n[W₂(i，j)]的简化表示，A_n、B_n、D_n、C、L为2D模型参数矩阵；x、t分别代表空间维度和时间维度的2D模型动态演化方向；i、j分别代表离散化之后时间、空间维度上的离散形式的度量，y(i，j)为量测输出信号，u(i，j)为量测控制输入信号，n为角标索引；

步骤2.基于测量得到的量测输出信号y(i，j)和控制输入u(i，j)，设计如下形式的切换面：

s(i，j)＝Ky(i，j)+u(i，j)

其中，K为切换面的增益；

步骤3.基于步骤1和步骤2，化工热反应釜的滑动模态的动态特性表示如下：

N为2D模型参数矩阵；

步骤4.设计模糊变结构动态输出反馈控制器

其中，s(i，j)＝Ky(i，j)+u(i，j)，σ＞0为给定的标量，sgn(s(i，j))为切换面s(i，j)的符号函数，且变量

其中变量η(i，j)为非线性扰动w(i，j)的一致上界，μ_n代表模糊隶属度函数；

步骤5.建立Lyapunov函数并分析滑动模态的稳定性，通过调节切换面的增益，保证化工热反应釜的滑动模态满足预期的鲁棒干扰抑制性能，Lyapunov函数为：

其中，是Lyapunov矩阵，为Lyapunov矩阵P中的分块矩阵。

2.根据权利要求1所述的基于2D模型的化工热反应釜的模糊变结构控制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

考虑存在外部干扰因素作用下，化工热反应釜的热力学过程的动态特性可由下述非线性动态方程刻画：

其中，x、t分别代表空间维度和时间维度的系统动态演化方向；T(x，t)为化工热反应釜的反应温度；u(x，t)为化工热反应釜的控制输入，即循环泵的开度；b₁＝-3，b₂＝-1，c₀＝1为公式(1)的常值参数；b₀＝cosT(x，t)代表了在空间维度上x∈[0，x_f]和时间维度t∈[0，∞)的公式(1)非线性参数，其中x_f是空间维度的演化上限；

定义中间变量并考虑变量R(x，t)受非线性外部扰动w(x，t)的影响，公式(1)可表示为：

对公式(2)进行离散化处理，定义其中，W₁(i，j)＝R(iΔx，jΔt)，W₂(i，j)＝T(iΔx，jΔt)；w(i，j)＝w(iΔx，jΔt)，u(i，j)＝u(iΔx，jΔt)；在三个操作点(0，0)^T处对公式(2)进行局部线性化，并在空间和时间两个维度上，分别选择采样间隔Δx＝0.1m，Δt＝0.1s对公式(2)进行离散化，化工热反应釜公式(2)可由如下带有3个模糊规则的T-S模糊2D模型逼近：

系统规则Ruleⁿ：若W₂(i，j)是Fⁿ，则

其中，是系统输出信号，是评价输出信号，Fⁿ是模糊集且F¹为0，F²为F³为A_n、B_n、D_n、C、L、N为系统参数矩阵，且为，

定义归一化的模糊隶属度函数为，

其中，v和n均为角标索引，且n∈{1，2，3}v∈{1，2，3}；通过单点模糊化、乘积推理和中心平均反模糊化方法，得到下述全局化工热反应釜的模糊模型，

其中，其中，μ_n为μ_n[W₂(i，j)]的简化表示。