[发明专利]化学反应器温度浓度系统的新型事件触发控制器设计方法

说明书

本发明提供一种处理化学反应器温度浓度系统摄动问题的新型事件触发控制器设计方法，本发明所考虑到的化学反应器系统不仅具有空间位置特征，而且具有多时间尺度特征，因此存在空间反应扩散项和一个小摄动参数来影响系统的稳定性，为此本发明将用非分解的奇异摄动方法来解决这一问题；此外，为减少网络通信负担，本发明考虑了时空采样的方法测量系统状态数据，并在此基础上结合化学反应器温度浓度系统的空间特性提出了一种基于时间空间采样的新型事件触发控制机制；最后，为了降低系统设计成本，本发明考虑了点控制的方法去减少执行器数目。

技术领域

本发明属于化学管式反应器技术领域，具体涉及一种处理化学反应器温度浓度控制系统摄动问题的新型事件触发控制器设计方法。

背景技术

化学反应器是一种在现代工业中常见的反应器类型，在石油裂解反应和污水处理工艺领域发挥着重要作用。由于反应过程往往伴随着高温和有害化学品，如果不合理的监测和控制，可能会导致严重的安全和经济事故。因此，有必要设计控制器对其进行合理的控制使其在一个合适的环境中工作。为此，本发明旨在通过设计一种新型的时间空间事件触发控制器来实现对化学管式反应器温度浓度系统的控制。

据查阅大量文献，在化学管式反应器温度浓度控制系统分析过程中，存在以下技术问题：其一、多时间尺度特性和二阶反应扩散现象是存在于化学反应器温度浓度控制系统的重要特征，为此在根据偏微分方程(PDE)对系统建模时将会引入一个小的奇异摄动参数和二阶反应扩散项，这会对系统的稳定性产生重大影响。然而现有的研究大部分都忽略了上述现象，这可能会导致系统描述不准确。其二、传统的事件触发机制是解决随着时间的推移判断是否需要传输新的采样数据的问题。最近，有研究将事件触发机制从(常微分方程)ODE系统推广到PDE系统，这能够减轻PDE系统在网络传输过程中的负担。然而上述研究其原理是固定空间，研究事件触发机制在时间域的应用，并没有将事件触发机制应用到空间域，所以没有体现出PDE系统独特的空间特征。因此，针对化学反应器温度浓度控制系统为了进一步提升网络通信的效率，开发具有空间特性的事件触发机制是有意义的。其三、在化学反应器的温度浓度控制系统中，执行器不可能在每个空间位置上都有分布，并且过多执行器也会给系统设计带来高昂的费用。因此，如何设计一种较少执行器数量的控制方法是值得研究的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种处理化学反应器温度浓度控制系统摄动问题的新型事件触发控制器设计方法，本发明结合非分解奇异摄动分析方法、基于时间空间双采样的事件触发机制和点控制方法，设计了相应的模糊控制器，在解决化学管式反应器摄动问题的同时，也降低了网络传输负担和系统设计成本。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：化学反应器温度浓度系统的新型事件触发控制器设计方法，包括以下步骤：

步骤1、基于偏微分方程构建带有摄动参数的化学管式反应器温度浓度控制系统的动力学模型；

步骤2、将步骤1建立的温度浓度动力学模型简化为通用的PDE模型，并通过T-S模糊规则对PDE模型进行线性化处理；

步骤3、定义时间空间双采样机制及基于采样的事件触发机制，并结合T-S模糊规则设计化学管式反应器温度浓度系统的控制器，该控制器只分布在有限的空间点上称之为点控制器；

步骤4、通过对化学管式反应器温度浓度系统进行稳定性分析求解控制器的增益矩阵；

步骤5、将求解的控制器的增益矩阵带入步骤3的化学管式反应器温度浓度系统的控制器中，完成化学管式反应器温度浓度系统控制器的设计。

进一步的，所述步骤1的具体过程为：

根据化学管式反应器温度浓度系统的特性，建立化学管式反应器温度浓度系统的动力学模型：