针对具有强非线性、时变、有纯滞后等综合复杂性的连续搅拌釜(continuous stirred tank reactor, CSTR)反应过程,把无限时域鲁棒二次目标函数进行分解,构成新目标函数, 并允许未来控制序列的第 1 个控制量作为自由决策变量的方式,提出了一种非线性鲁棒模 型预测控制方法,从而提高了算法的通用性,改善系统的性能。通过连续搅拌釜的实验研 究,实验结果说明了所提算法的有效性。
### 连续搅拌釜的非线性模型预测控制方法
#### 概述
连续搅拌釜(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)是化工行业中一种常见的反应器类型,被广泛应用于染料、医药、试剂、食品及合成材料等多个领域。然而,CSTR反应过程本身具有强烈的非线性、时变性和纯滞后等特征,这些特性使其控制变得极为复杂。传统控制方法往往难以满足这类系统的控制需求。因此,研究人员不断探索新的控制理论和技术以提高CSTR系统的稳定性和性能。
#### 非线性鲁棒模型预测控制方法
为了解决CSTR控制中的难题,研究人员提出了一种非线性鲁棒模型预测控制方法。该方法通过对无限时域鲁棒二次目标函数进行分解,并构建新的目标函数,允许未来控制序列的第一个控制量作为自由决策变量,从而提高了算法的通用性和系统的性能。这种方法的核心在于:
1. **鲁棒二次目标函数的分解**:将原本复杂的无限时域鲁棒二次目标函数分解成更简单的目标函数,这有助于简化计算过程,同时保持控制器设计的鲁棒性。
2. **自由决策变量的设计**:允许未来控制序列的第一个控制量作为自由决策变量,这种灵活性增强了控制策略的适应能力,能够更好地应对非线性、时变性和纯滞后等因素带来的挑战。
#### 控制策略的关键要素
- **模型预测控制**:基于预测模型来优化控制序列,使得系统能够在满足约束条件的前提下达到期望的性能指标。这种方法特别适合于处理包含约束的系统。
- **鲁棒控制**:旨在设计控制器时考虑不确定性和扰动,确保系统在面对未知变化时仍能保持稳定性。对于具有不确定性的CSTR系统而言,鲁棒控制尤为重要。
- **非线性控制**:针对系统的非线性特性,采用非线性控制策略来改善控制性能。这种方法通常比线性控制更加灵活且适用范围更广。
#### 实验验证
为了验证所提出的非线性鲁棒模型预测控制方法的有效性,研究人员进行了连续搅拌釜的实验研究。实验结果表明,这种方法能够有效地提高CSTR系统的性能,特别是在处理强非线性、时变性和纯滞后等复杂因素方面表现出了显著的优势。
#### 结论
针对具有复杂特性的连续搅拌釜反应过程,本文提出了一种非线性鲁棒模型预测控制方法。通过分解无限时域鲁棒二次目标函数并引入自由决策变量,该方法不仅提高了控制策略的通用性和灵活性,还有效改善了系统的整体性能。实验结果进一步证明了该方法的有效性和实用性,为CSTR系统的控制提供了一种新的解决方案。
随着化工过程控制技术的不断发展,非线性鲁棒模型预测控制作为一种先进的控制策略,将在解决复杂工业控制系统中的问题中发挥越来越重要的作用。
2025-04-26 16:47:01
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