考虑约束条件的串级连续搅拌反应釜的自适应命令滤波控制

于 波,辛丽平,刘家硕

(青岛理工大学 信息与控制工程学院，青岛 266525)

串级连续搅拌器反应釜(CCSTRs)是由两个连续搅拌反应釜(CSTR)串联组成的复杂反应器，广泛应用于制药、生物、化工等过程工业。它通常在规定的温度下，通过一系列的物理和化学反应将反应物转化为产物，期间原料不断地被加入反应器、产物不断地从反应器中提取出来[1]。一般来说，当CCSTRs在特定平衡点附近运行时，都与一个过程的最佳产量或最佳生产率相关联，以实现高转化率和最大化经济效益。但由于CCSTRs的高度复杂性、开环不稳定性，当系统运行过程中存在外部干扰和噪声时，系统会迅速偏离中间稳态，从而导致CCSTRs的产物质量和生产效率下降。因此，为CCSTRs系统设计一种稳定、高效、实用的控制器具有重要的研究意义，有助于提高生产效率和反应物的转化率，从而提升经济效益、减轻化学废物对环境的影响。

从控制的角度看，CCSTRs系统具有高度非线性、时变性、强耦合性和不确定性[1]，所以为CCSTRs系统设计高性能的控制算法一直是一个巨大的挑战。因此，关于连续搅拌反应釜控制算法的研究一直是控制界的热点，其中关于单个反应器的连续搅拌反应釜系统(CSTR)的控制器研究已有很多报道：传统的基于工作点线性化处理的控制器，该控制方法仅能够在工作点附近的小范围内取得良好的控制效果[1-2]；基于微分几何、精确输入/输出线性化、滑模控制、Lyapunov再设计、模型预测控制的非线性控制器，这些非线性控制方法在不同的特定场景下均能取得良好的控制效果，呈现出收敛速度快、鲁棒性强、抗干扰能力强、有限时间稳定性好等优点[3]。……