[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

说明书

本发明公开了基于2D模型的化工热反应釜的模糊变结构控制方法。首先，考虑在化工热反应釜受到外部干扰的情形下，基于能同时融合时间信息和空间信息的二维模型，并采用模糊逼近技术建立化工热反应釜的模糊2D模型。其次，基于化工热反应釜的量测输出信息，对该系统设计了模糊变结构动态输出反馈控制器。最后，使用Lyapunov函数法证明了滑动模态的鲁棒稳定性。本发明解决了化工热反应釜在外部扰动等因素影响下的模糊变结构控制问题，有效地提升了系统的鲁棒抗扰性能，优化了变结构控制器的设计步骤并降低了控制器的实现难度与控制成本。

技术领域

本发明涉及人工智能驱动的自动控制领域，具体来说是一种基于2D(Two-dimensional 2D)模型的化工热反应釜的模糊变结构控制方法及装置。

背景技术

随着人工智能技术的兴起，化工热反应釜在石油、橡胶、农药、染料、医药等诸多有关国计民生的领域得到广泛的应用。化工热反应釜的反应温度控制正在从手动控制、人工经验调节的模式向着自动化、精细化的方向迈进。传统的化工热反应釜的反应温度控制方法的研究均基于1维度(One-dimensional 1D)模型，而忽略了其热力学过程实际上是沿着时间和空间两个维度进行动态演化的。如何基于2维度(Two-dimensional 2D)模型，并采用智能化的控制方法对化工热反应釜的热反应过程进行有效的控制是当前研究的热点问题。

另一方面，在很多实际工况中，化工热反应釜的全部状态往往不都是可测量的，只有输出信息可测量。此外，化工热反应釜的作业环境中难免存在受到外部扰动等因素的影响，这会降低反应釜内化学反应的预期效果，甚至导致无法合成需要的反应物。因此，基于系统的输出信号对化工热反应釜进行鲁棒输出反馈控制的研究对保证控制任务的顺利完成具有重要的现实意义。

如公开号为CN110124594A公开的一种精细化工反应釜温度控制方法，该发明提供了一种精细化工反应釜温度控制方法，方法的步骤中包括快速升温阶段，即控制反应釜内部温度由初始温度快速升温至第一目标温度；斜率升温阶段，即控制反应釜内部温度按照合适的温升速率由第一目标温度升温至第二目标温度；反应保温阶段，即向反应釜内加入物料后，在第二目标温度保温预设的计时时间；斜率升温保温阶段，即控制反应釜内部温度按照合适的温升速率由第二目标温度升温至第三目标温度。但是该方法存在以下缺点：

1)该发明所提出的PID控制器的参数调节主要基于人工经验，缺少系统性的控制器设计方法。

2)该发明仅从时间维度上将化工热反应釜的控制过程划分为四个阶段，但没有考虑化工热反应釜中，其内部的热力学过程在空间维度上的动态特性。

又如公开号为CN104964367A公开的一种冷热水流循环方法及系统，该发明公开了一种用于精细化工热反应釜的温度控制方法，在反应釜内进行化学反应的过程中，根据反应室内的温度和夹套内的介质换热属性参数，控制反应釜的搅拌轴的转速和进入夹套内的介质流量调节阀的开度；本发明的目的是结合反应室内的温度和夹套中的换热情况综合调节搅拌轴的转速和介质流量调节阀的度，使反应室内的温度尽快达到需要的反应温度，从而提高反应釜内的反应效率。该发明存在以下缺点：

1)该发明是基于化工热反应釜的全部状态可测的情形，当化工热反应釜的全部状态不完全可测，只有输出信号可测时，该方法不再适用。

2)该发明所提出的控制方法较为复杂，控制器的参数调节过程比较繁琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种仅利用系统的输出信号就能对化工热反应釜进行有效的模糊变结构控制的方法。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

基于2D模型的化工热反应釜的模糊变结构控制方法，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：