[发明专利]具有多速率采样连续搅拌釜式反应器的滚动时域估计方法

摘要

具有多速率采样连续搅拌釜式反应器的滚动时域估计方法，步骤如下：对CSTR装置进行状态空间建模，并确定其正常工作的工作范围和工作范围内的稳态工作点；在工作范围内的稳态工作点附近将CSTR的状态空间模型线性化；设定系统的标准采样周期和各个传感器的采样周期，将线性化的CSTR状态空间模型离散化，对于未采样的测量输出用预测值补偿，得到多速率的CSTR线性离散化模型；设定滚动时域窗口长度和权重矩阵，将多速率CSTR的滚动时域估计问题转化为等价的最小化问题；通过一阶最优性原理求解滚动优化问题，得到最优估计器。本发明模型合理，且具有补偿未采样数据和在线计算功能，使得估计值更加准确。

主权项

1.具有多速率采样连续搅拌釜式反应器的滚动时域估计方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）、对CSTR装置进行状态空间建模，并确定其正常工作的工作范围和工作范围内的稳态工作点；dCAdt=FV(CA0-CA)-k1CAdCBdt=-FVCB+k1CA-k2CBdθdt=FV(θ0-θ)+kwARρCPV(θk-θ)-k1CAΔHRAB+k2CBΔHRBCρCP]]>式中，C_A为物质A的浓度，C_A0为物质A初始浓度，C_As为物质A在稳态时浓度，C_B为物质B的浓度，C_Bs为物质B在稳态时浓度，θ为反应釜内温度，θ₀为反应釜内初始温度，θ_s为稳态时反应釜内温度，θ_k为冷却剂温度，F/V为稀释率，V为体积流量，A_R为反应堆表面面积，C_P为热容量，k_w为传热系数，ρ为密度，为物质A到物质B反应焓，为物质B到物质C反应焓，反应速率系数k₁和k₂由反应釜内温度决定i=1,2，k₀为频率因子，E_A1和E_A2为活化能，R为理想气体常数；（2）、在工作范围内的稳态工作点附近将CSTR的状态空间模型线性化；x·(t)=Ax(t)+w(t)]]>式中，x(t)=[x₁(t) x₂(t) x₃(t)]^T，x₁(t)为物质A在t时刻的浓度，x₂(t)为物质B在t时刻的浓度，x₃(t)为在t时刻反应釜内的温度，w(t)为在t时刻反应釜内的有界扰动，即||w(t)||≤0.3，A为线性化后得到的系统参数，具体为A=-FV-k10EA1Rθs2k1CAsk1-FV-k2-EA1Rθs2k1CAs+EA2Rθs2k2CBs-k1ΔHRABρCP-k2ΔHRBCρCP-FV-kwARρCPV+EA1k1CAsΔHRAB+EA2k2CBsΔHRBCRθs2ρCP.]]>（3）、设定系统的标准采样周期T₀和各个传感器的采样周期，将线性化的CSTR状态空间模型离散化，对于未采样的测量输出用预测值补偿，得到多速率的CSTR线性离散化状态空间模型；x(k+1)=A‾x(k)+w(k)y(k)=θ(k)[Cx(k)+v(k)]+[I-θ(k)]y‾(k)]]>式中，y(k)=[y₁(k) y₂(k)]^T，y₁(k)为物质A在k时刻浓度的测量值，y₂(k)为在k时刻反应釜内温度的测量值，v(k)为在k时刻反应釜内的有界扰动，即||v(k)||≤0.2，为k时刻系统状态x(k)的预测值，C为测量输出权重矩阵，I=1001]]>为单位矩阵，θ(k)=θ1(k)00θ2(k),]]>θ₁(k)=1表示物质A在k时刻有测量值，θ₁(k)=0表示物质A在k时刻没有测量值，θ₂(k)=1；（4）、设定滚动时域窗口长度N和权重矩阵，将多速率CSTR的滚动时域估计问题转化为等价的最小化问题；minx^(k-N)J(k)]]>约束条件：J(k)=||x^(k-N)-x‾(k-N)||μ2+Σi=k-Nk||y(i)-θ(i)[Cx^(i)+v(i)]+[I-θ(i)]y‾(i)||2]]>x^(i+1)=Ax^(i),i=k-N,···,k-1]]>x‾(k-N)=Ax^(k-N-1),k=N+1,N+2,···]]>式中，J(k)为性能指标，为k时刻x(k)的最优估计值；（5）、通过一阶最优性原理求解步骤（4）设定的最小化问题，具体步骤如下：S1-1：初始化，设定测试时间长度K，在可行域的区间范围内，任意初始化k时刻的先验估计值，k-N时刻到k时刻的测量输出序列；S1-2：根据一阶最优性原理，以k时刻的先验估计值为初始迭代点，对步骤（4）中的最小化问题求一阶偏导数，得到k-N时刻最优估计值；S1-3：根据滚动优化原理，计算当前k时刻的最优估计值；S1-4：根据k时刻的最优估计值更新k+1时刻的先验估计值；S1-5：判断终止条件：如果k=K，结束，得到信噪比估计最优值；否则，k=k+1，转到S1-2。