CSTR模型中非线性因素线性化的分析.pdfVIP

学兔兔 、l 訇 似 CSTR模型中非线性因素线性化的分析 Linear analysis on continluous stirred tank reactor non-linear model 王宗刚，史 军，刘春元 WANG Zong．gang，SHI Jun，LIU Chun．yuan (河西学院 物理与机电工程学院，张掖734000) 摘 要：针对目前化工过程中常包含的带有加热的CSTR装置以实验为主建立一种包括容积平衡和热平 衡方程的数据和机理相结合的模型，对由加热元件本身体积导致的容积与液位的非线性关系 做了详细分析，在两个稳态 ：作点得出了线性化的状态空间和传递函数模型，通过对基础模 型的开、闭环测试和扰动测试，在 slmullnl中仿真验证了模型的正确性。 关键词：OSTR；非线性；状态空间；传递函数 中圈分类号：TP1 1 文献标识码：A 文章编号：1 009-01 34(201 2)oi(I-)-0063-04 Doi：1 0．3969／j．issn．1 009-01 34．201 2．01(I-)．21 0 引言 1过程描述与模型建立 过程的抽象与仿真对学术研究是有重要意义 1．1 CSTH装置 和实用价值的，因为我们可以通过采用不同抽象 本文采用的实验平台是一个体积为3．5L、高 方式和实施不同控制策略来比较出某一模型在辨 20cm的正方体形可进行简单的冷、热水混合的反 识、控制器设计和该系统的故障诊断等不同应用 应装置，结构如图1所示，假定CSTH中能够混合 领域采用不同处理方法的优劣，从而针对特定工 完全，即反应器中反应物的温度和外流体的温度 业应用环境选取最优解决方案u】。本文描述了一个 一 致。CSTH中的冷水(Cw)和热水(Hw)都通过一 不带有化学反应的连续搅拌加热装置(CSTH)的基 个10psi的泵增压后注入容器，气压传动装置的控 本模型，从容积平衡和热平衡两个方面结合实验 制阀可提供压缩空气。测量部分采用了孔板式微 数据以代数方程的形式推导出模型，其中通过实 分压力变送装置作为流量仪，液位仪采用微分压 验测量到得数据是来自安装在实验装置的传感器 差测量方式，温度测量是靠安装在管道出口处的 和一些执行机构获得的，其他一些未知的如通过 热电偶获取，这些测量装置都可提供4mA~20mA 加热线圈产生的热传递量、加热装置本身体积对 的输出信号。 加热对象的体积和液位关系的影响等这些特征量 图l(a)为实验平台的一部分 (为使图看得比较 在实际应用中是不能被完全忽略的，但这类关系 清晰，未放入搅拌装置和加热器插件)，图l(b)为 大部分又含有显著的非线性因素和较强的约束条 基本工作示意图。 件，这是此类模型辨识的一个难点。一个有价值 1．2容积和热平衡方程 的特征量应该是对模型采用测量方式得到而不仅 容积和热的动态平衡可用下面的方程表示： 仅是模拟其产生的噪声和干扰来获得，因此本文 dV (x) 提出的方式是选用一个真实的平台来作为