基于反步法的串级连续搅拌反应釜离散时间模糊自适应控制

刘家硕，辛丽平，孔晓涵

(青岛理工大学 信息与控制工程学院，青岛 266525)

尽管连续搅拌反应釜(Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR)是化工生产过程中常用的一类化学反应设备，广泛应用在生物、制药等工业中，但因其具有复杂性、不确定性以及高度非线性的特点，当CSTR反应系统受到外部干扰时，易偏离既定工作点；如果控制不当，会导致系统内温度或者浓度过高；这不仅会威胁生产安全，还会直接影响产品的质量和产量。因此，有必要设计合理的CSTR控制器来及时调控CSTR的温度与浓度，这对于保障生产安全、提高生产效率、改善产品质量具有重要意义[1]。

近年来，学术界针对串级CSTR的控制问题做了大量研究，为应对串级CSTR的高度非线性并提高其控制器的性能，分别提出了反步法[2]、动态面[3]、模糊控制[4]、神经网络[5]等控制方法。但上述控制方法都是针对串级CSTR连续时间系统设计控制器的，并未应用到串级CSTR离散时间系统中。虽然离散控制方法在应对非线性问题方面会使控制器的设计过程变得相对复杂，但与连续控制方法相比，具有更好的稳定性与可实现性[6]。因此，近年来离散控制取得了长足的发展：文献[7]针对一类非线性纯反馈离散时间系统设计了自适应控制器，利用神经网络的逼近特性去逼近离散系统中的非线性函数，仿真结果验证了该闭环系统的稳定性；文献[8]针对一类具有三角形输入的离散时间多输入多输出非线性系统，基于反步技术开发了有效的输出反馈自适应控……